晶种辅助蒸气转化Al-SBA-15合成Beta纳米晶团聚体

doi:10.7503/cjcu20240110

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 20240110.doi: 10.7503/cjcu20240110

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晶种辅助蒸气转化Al-SBA-15合成Beta纳米晶团聚体

孙琳¹, 林森¹(), 王润伟²

^1.青岛科技大学材料科学与工程学院, 青岛 266042
^2.无机合成与制备化学国家重点实验室, 吉林大学化学学院, 长春 130012

收稿日期:2024-03-06 出版日期:2024-08-10 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 林森 E-mail:03071@qust.edu.cn
基金资助:
山东省自然科学基金(ZR2022MB030);国家自然科学基金(21390394)

Synthesis of Beta Nanocrystal Aggregates from Al-SBA-15 via Seed-assisted Steaming Conversion

SUN Lin¹, LIN Sen¹(), WANG Runwei²

^1.College of Materials Science and Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China
^2.State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry，College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China

Received:2024-03-06 Online:2024-08-10 Published:2024-04-22
Contact: LIN Sen E-mail:03071@qust.edu.cn
Supported by:
the Shandong Provincial Natural Science Foundation, China(ZR2022MB030);the National Natural Science Foundation of China(21390394)

摘要/Abstract

摘要：

采用晶种辅助蒸气转化(SASC)策略, 将有序介孔分子筛Al-SBA-15颗粒直接转化为Beta纳米晶团聚体(BNA). 除规则微孔外, BNA含有2种多级介孔结构. 研究了骨架组装与多级孔结构的关系. 通过调节热分解条件, 将P123胶束选择性分解成碳颗粒并分散于Al-SBA-15介孔中, 在颗粒内部构建了均匀的三维纳米空间网格. 通过浸渍Beta晶种和四乙基铵阳离子(TEA⁺)强化分子筛成核, 采用蒸气处理方法, 将Al-SBA-15无定形孔壁在纳米空间中缓慢转化为Beta纳米晶体. 通过调节合成参数, 使纳米晶体沿Al-SBA-15孔壁方向规则排列, 形成有序介观结构. 此外, 经高温焙烧去除碳颗粒后, BNA内部生成了穴状介孔. 实验结果表明, 低的溶剂用量可显著降低传质速度, 提高骨架组装质量, 从而使BNA酸性增强. 优异的多级孔结构和较强的酸性使BNA在大分子反应中具有应用潜力.

关键词: 多级孔Beta纳米晶, Al-SBA-15, 晶种辅助蒸气转化, 骨架组装

Abstract:

Beta nanocrystal aggregates （BNA） possessing two types of hierarchical mesopores have been synthesized by the one-step conversion of the ordered mesoporous material Al-SBA-15 following a seed-assisted steaming conversion （SASC） strategy. The relationship between the assembly of the Beta zeolite and the evolution of hierarchical mesostructure was systematically investigated. Using a controllable thermal treatment， the P123 micelle was selectively decomposed to form the carbonaceous particles that highly dispersed inside the mesopores， and then a new three-dimensional nanosized space network was constructed in the whole Al-SBA-15 bulky particles. With the help of the pre-impregnated Beta seed solution and tetraethylammonium cation （TEA⁺） template， the amorphous Al-SBA-15 walls were slowly converted to the Beta nanocrystals in these spaces under the low-solvent-content conditions. By adjusting the synthesis parameters， the resulting nanocrystals arranged along the Al-SBA-15 wall direction and formed a newly ordered mesostrcuture. In addition， the BNA has another kind of large cavity that connected through the mesopores after the removal of carbonaceous particles. On the other hand， the high-quality framework assembly derived from the slow mass transfer directly caused the strong acidity of the final BNA. The strong acidity combined with the excellent hierarchical textural characteristic endow BNA with great application potential in acid catalytic reactions involving large molecules.

Key words: Hierarchical Beta nanocrystal, Al-SBA-15, Seed-assisted steaming conversion, Framework assembly

中图分类号:

O614

TrendMD:

孙琳, 林森, 王润伟. 晶种辅助蒸气转化Al-SBA-15合成Beta纳米晶团聚体. 高等学校化学学报, 2024, 45(8): 20240110.

SUN Lin, LIN Sen, WANG Runwei. Synthesis of Beta Nanocrystal Aggregates from Al-SBA-15 via Seed-assisted Steaming Conversion. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(8): 20240110.

图/表 9

Fig.1 Small angle XRD patterns(A), N2 adsorption⁃desorption isotherms(B), pore size distribution curves calculated from adsorption branch(C) and desorption branch(D) of Al⁃SBA⁃15 calcined at 673 K(a) and 823 K(b)

Fig.2 Small angle(A) and large angle(B) XRD patterns of BNA⁃4(a), BNA⁃8(b), BNA⁃12(c), BNA⁃24(d) and BNA⁃36(e)

Fig.3 SEM images of Al⁃SBA⁃15(A) and BNA⁃36(B, C)

Fig.4 Nitrogen adsorption⁃desorption isotherms at 77 K of BNA synthesized at 423 K for 4 h(a), 8 h(b), 12 h(c), 24 h(d) and 36 h(e)The isotherms were offset vertically by 5.2， 10.5， 14.7 and 18.4 mmol/g.

Fig.5 TEM(A, B) and STEM(C, D) images of BNA⁃36Inset of （A） is the relative SAED pattern.

Fig.6 29Si MAS NMR spectrum(A) and 27Al MAS NMR spectrum(B) of BNA⁃36

Fig.7 FTIR spectra of BNA⁃12(a), BNA⁃24(b), BNA⁃36(c) and BNA⁃96(d)

Fig.8 Raman spectra of BNA⁃4(a), BNA⁃8(b), BNA⁃12(c), BNA⁃24(d), BNA⁃36(e) and BNA⁃96(f)

Fig.9 NH3⁃TPD curves of BNA⁃24(A) and BNA⁃36(B)W： weak acidic site； M： middle acidic site； S： strong acidic site.

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晶种辅助蒸气转化Al-SBA-15合成Beta纳米晶团聚体

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