模板劑

針對提高多相催化劑酸強度以提高直鏈烷烴異構化性能和增加生物柴油收率的關鍵問題，本課題旨在開拓一條新穎、可控的合成路線以制備結構可控、穩(wěn)定性高、高比表面積、孔壁性質及酸性可調的鋯(鋁)氧化物強酸孔材料為研究目標，借助溶劑揮發(fā)誘導協同共自組裝機理及蒸汽相水解機理，通過選擇性引入金屬雜原子并進一步優(yōu)化溶劑熱后處理條件，以調控合成體系中鋯、鋁物種的水解－聚合速率、羥基含量及其與模板劑膠束親水嵌段間的相互作用，成功實現氧化鋁及氧化鋯基催化材料在介觀尺度上的有序自組裝，并在微觀尺度上調節(jié)材料孔壁中鋁原子的配位狀態(tài)及酸中心含量。重點考察了金屬雜原子的引入種類、引入量、引入方式及合成條件對所得材料孔道結構、穩(wěn)定性、孔壁性質的影響，進而對催化反應活性及穩(wěn)定性的影響。主要工作包括：1). 成功合成得到系列高穩(wěn)定有序氧化鋁基介孔催化材料，并揭示雜原子改性介孔氧化鋁材料的三組份協同共自組裝合成機理；2). 通過考察金屬雜原子物種的存在狀態(tài)對所得材料孔壁性質的影響，深入認識雜原子對介孔氧化鋁孔壁改性的作用機理；3). 通過優(yōu)化有機模板劑結構組成及優(yōu)化制備工藝，制備得到系列具有高比表面積的超微孔氧化鋁基介孔催化材料；4). 基于對鋯物種水解―結晶速率的雙控合成機理，制備得到系列具有四方相硫化氧化鋯基的固體超強酸孔材料；5). 提出一種無機鋁鹽自水解一步水熱嫁接法，成功制備得到高穩(wěn)定有序且孔壁富含B酸中心的Al-SBA-15介孔材料。研究結果表明，合成體系中適量金屬雜原子及有機羧酸的引入可顯著抑制Al物種的聚合速率，保留更多量Al-OH用于與模板劑親水嵌段間進行氫鍵作用。所得樣品具有高度有序的二維六方介孔結構、高度均一的介孔孔徑及更高的比表面積和孔體積。此外，骨架中金屬雜原子在原子水平上的高度均勻分散及金屬雜原子-O-Al鍵的形成，兼具促進材料孔壁中Al物種的交聯，增加四、五配位骨架鋁的相對含量及有效抑制金屬活性組分流失，提高其催化性能和穩(wěn)定性的雙重功效。通過本課題的研究，不僅豐富非硅基介孔材料的制備理論和技術，且有望制備出結構和性能優(yōu)越的新型氧化鋁(鋯)基催化材料。

采用新結構有機化合物或混合表面活性劑為模板劑，合成出十余種全新結構的鈦硅/釩硅/硅鋁/磷酸硅鋁/鈦酸鹽及含金屬雜原子的微孔分子篩、介孔材料及微孔-介孔復合材料；開辟多種高效、快捷、廉價合成新途徑，指導大顆粒分子篩單晶、超細分子篩等的合成，改善了分子篩及介孔材料的結構穩(wěn)定性和催化性能；結合分子力學設計新型微孔分子篩和介孔材料，綜合利用多元物理化學手段研究其理論性質及晶化過程的熱力學及動力學影響因素；針對若干重要工業(yè)反應過程，在分子水平上進行催化活性中心組裝，考察了催化劑的結構、表面性質與催化反應規(guī)律，闡釋了微孔分子篩及介孔材料表面的分子催化機理，篩選出性能優(yōu)越的新型綠色環(huán)保催化劑并投入工業(yè)應用。..