沸石限域水簇的空间位阻效应对氢同位素交换的调控机制研究

本研究通过构建Pt-沸石（1Pt/USY/MOR/Beta/ZSM-5/ZSM-35）双功能催化剂体系，揭示了微孔限域水簇的立体结构（一维寡聚链或三维网络）通过空间位阻效应影响H2-HDO同位素交换动力学的分子机制。研究发现尽管所有体系具有相近的Pt团簇尺寸、布朗斯特酸位（BAS）浓度和活化能（30.5±4.0 kJ mol-1），但反应速率呈现1Pt/USY > MOR > Beta > ZSM-5 > ZSM-35的显著差异，为受限空间催化化学提供了新见解。

　　

Highlight

突破性发现：不同拓扑结构的沸石中，限域水簇会形成截然不同的立体构型（一维寡聚链或三维体相网络），这些纳米尺度的空间排列差异直接决定了氢同位素交换的反应效率！

催化剂制备

采用湿法浸渍和后硅烷化技术制备了1 wt% Pt负载的ZSM-35、ZSM-5、Beta、MOR和USY型沸石催化剂（详见方案S1）。具体步骤包括：将硅铝比40-60的沸石在823 K干燥空气中煅烧4小时后粉碎，将4.0 g沸石粉末分散在300 mL去离子水中，加入稀释的Pt(NH₃)₄Cl₂溶液...

Pt-沸石催化剂的结构表征

通过多重湿法浸渍制备的Pt-沸石催化剂（1Pt/ZSM-35/ZSM-5/Beta/MOR/USY）在573 K的H₂-Ar气流中处理时，仅观察到NH₃释放，表明[Pt(NH₃)₄]²⁺前驱体完全分解。HAADF-STEM显示所有样品中Pt团簇尺寸均保持在1.5±0.3 nm，NH₃-TPD证实布朗斯特酸（BAS）浓度控制在0.28±0.05 mmol/g...

结论

在USY、MOR、Beta、ZSM-5和ZSM-35等不同孔道结构的微孔沸石上负载高分散Pt团簇，系统研究了H₂-HDO同位素交换过程中限域水簇的空间位阻效应。这些Pt-沸石样品相似的化学环境（相近的Pt团簇尺寸和BAS浓度）使得氢同位素交换在双功能金属-酸位点上遵循相同机制...