含硼MFI分子筛微结构调控及其丙烷氧化脱氢性能研究

摘要

含硼分子筛可催化丙烷氧化脱氢（ODHP）制丙烯。提升含硼分子筛中活性硼氧物种的数量以及调控硼氧物种的落位形式是开发高效硼基催化剂面临的主要挑战。本文通过尿素辅助的水热合成法制备了暴露（010）晶面的片状MFI型含硼分子筛催化剂（BMFI）。研究表明，适量添加尿素可调控分子筛形貌，其短b轴片状结构增强活性硼位点的可及性，并通过氢键作用锚定更高含量的活性硼氧物种，显著提升催化剂的ODHP活性和烯烃选择性。在520°C下的丙烷转化率达到20%，丙烯选择性为62.3%，总烯烃选择性为81.3%。与不加尿素形成的椭球型含硼催化剂相比，片状BMFI催化剂的丙烷反应速率提高了近20倍。片状BMFI具有更多的骨架四配位硼（B[4]）和缺陷型硼物种（B[3]^a和B[3]^b），反应过程中发生了活性硼结构演变，B[3]^a和B[3]^b是催化反应的活性位点。本研究为低碳烷烃氧化脱氢硼基催化剂的结构设计调控提供了参考。

关键词

烷烃脱氢 / 丙烷氧化脱氢 / 硼基催化剂 / 分子筛 / 尿素 / 形貌调控

基金资助

国家自然科学基金重点项目(21733002),国家自然科学基金青年基金(22302030); 国家重点研发计划项目(2021YFA1500301); 中国博士后科学基金(2023M730467)项目资助