层柱状框架类材料在ODPH反应中的应用获进展

近日,中国石油大学(华东)、齐鲁工业大学和上海科技大学的研究团队开发了一种富含硼氧活性位点的热稳定层柱状框架类材料(MBON-2),该催化材料可用于丙烷氧化脱氢制烯烃(ODHP)反应,丙烷转化率为14.4%,烯烃选择性达到87.0%(其中丙烯76.4%、乙烯10.6%)。相关研究成果发表于《物质》杂志。

ODHP反应被认为是一种快速提升丙烯产能的生产工艺,但苛刻的反应条件限制了框架类材料在ODHP中的应用。因此,发展新型热稳定框架类材料,并借助网络化学的结构优势阐明ODHP的催化机理极具挑战性。

该研究团队制备了MBON-2材料,这是一种层柱状结构,每一层ZnBO具有与石墨烯相似的六元环结构,有机配体咪唑像支撑柱一样沿c轴向通过Zn-N配位将层状ZnBO链接成一种三维网络框架,ZnBO是一种良好的阻燃材料,可以抑制有机配体在含氧气氛下的快速分解。热重分析结果表明,MBON-2具有高温抗氧化性,在含氧气氛、560 ℃条件下可以保持性能稳定。

MBON-2具有三维花状多级结构,有利于反应过程中的传质作用。表征结果确认MBON-2中的ZnBO层具有类石墨烯六元环结构,而ZnBO层边缘位富含大量具有催化ODHP反应能力的硼氧位点。用于ODHP反应时,反应活性略高于目前性能最优的六方氮化硼纳米片。

密度泛函理论计算结果表明,在不生成层间硼氧低聚物和硼氧环的情况下,单层类石墨烯ZnBO上的一对邻近硼氧位点可以依次活化并夺取丙烷分子上的氢原子进而生成丙烯分子。

该研究可为构筑热稳定框架类材料提供借鉴。