Визначення кислотності Бронстеда для протонованих цеолітів ІЧ-спектроскопією за змінної температури
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.6.538Ключові слова:
Brønsted acidity, infrared spectroscopy, zeolitesАнотація
Багато застосувань цеолiтiв у промисловостi як кислотних каталiзаторiв у твердiй фазi ґрунтуються на їх високiй кислотностi Бронстеда, що визначає їх каталiтичнi властивостi i селективнiсть i на наявностi точної апаратури для вимiрювання кислотностi. Змiна ентальпiї ΔH0, що супутня взаємодiї за допомогою водневого зв’язку мiж слабкою основою (такою як окис вуглецю) i гiдроксильною групою в [Si(OH)Al] з кислотнiстю Бронстеда, має безпосередньо корелювати з кислотнiстю цеолiтiв. Для простоти замiсть ΔH0 зазвичай вимiрюється при низькiй (фiксованiй) температурi з застосуванням IЧ-спектроскопiї батохромний зсув частоти коливань OH, Δv(OH), що корелює з силою кислоти для рiзних кислотностей цеолiтiв. У данiй роботi IЧ-спектроскопiю за змiнної температури застосовано для одночасного визначення ΔH0 i Δv(OH) та дано огляд результатiв недавнiх експериментiв. Показано, що практика визначення сили кислоти по зрушенню частоти O–H коливань при взаємодiї зi слабкою основою може бути помилковою, особливо при порiвняннi цеолiтiв з широким дiапазоном структур.
Посилання
<li>R. Szostak. Molecular Sieves: Principles of Synthesis and Identification (Van Nostrand Reinhold, 1989).
</li>
<li>M.G. Clerici. Zeolites for fine chemicals production. Top. Catal. 13 (4), 373 (2000).
<a href="https://doi.org/10.1023/A:1009063106954">https://doi.org/10.1023/A:1009063106954</a>
</li>
<li>B. Xu, C. Sievers, S.B. Hong, R. Prins, J.A. van Bokhoven. Catalytic activity of Bronsted acid sites in zeolites: Intrinsic activity, rate-limiting step, and influence of the local structure of the acid sites. J. Catal. 244, 163 (2006).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.08.022">https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.08.022</a>
</li>
<li>D.P. Serrano, R.A. Garc’?a, G. Vicente, M. Linares, D. Proch’azkov’a, J. ? Cejka. Acidic and catalytic properties of hierarchical zeolites and hybrid ordered mesoporous materialsassembled from MFI protozeolitic units. J. Catal. 279, 366 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.02.007">https://doi.org/10.1016/j.jcat.2011.02.007</a>
</li>
<li>E.T.C. Vogt, G.T. Whiting, A.D. Chowdhury, B.M. Weckhuysen. Zeolites and zeotypes for oil and gas conversion. In Advances in Catalysis. Edited by F.C. Jentoft (Academic Press, 2015), 58, p. 143.
<a href="https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001">https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001</a>
</li>
<li>K.A. Tarach, K. Gora-Marek, J. Martinez-Triguero, I. Melian-Cabrera. Acidity and accessibility studies of desilicated ZSM-5 zeolites in terms of their effectiveness as catalysts in acid-catalyzed cracking processes. Catal. Sci. Technol. 7, 858 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1039/C6CY02609E">https://doi.org/10.1039/C6CY02609E</a>
</li>
<li>P. Losch, A.B. Pinar, M.G. Willinger, K. Soukup, S. Chavan, B. Vincent, P. Pale, B. Louis. H-ZSM-5 zeolite model crystals: Structure-diffusion-activity relationship in methanol-to-olefins catalysis. J. Catal. 345, 11 (2017).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.11.005">https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.11.005</a>
</li>
<li>J. ? Cejka, R.E. Morris, D.P. Serrano. Catalysis on zeolites – catalysis science & technology. Catal. Sci. Technol. 6, 2465 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1039/C6CY90042A">https://doi.org/10.1039/C6CY90042A</a>
</li>
<li>W.E. Farneth, R.J. Gorte. Methods for characterizing zeolite acidity. Chem. Rev. 95, 615 (1995).
<a href="https://doi.org/10.1021/cr00035a007">https://doi.org/10.1021/cr00035a007</a>
</li>
<li> A.L. Blumenfeld, J.J. Fripiat. 27Al 1H REDOR NMR and 27Al spin-echo editing: A new way to characterize Bronsted and Lewis acidity in zeolites. J. Phys. Chem. B 101, 6670 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1021/jp970564y">https://doi.org/10.1021/jp970564y</a>
</li>
<li> C. Busco, A. Barbaglia, M. Broyer, V. Bolis, G.M. Foddanu, P. Ugliengo. Characterisation of Lewis and Bronsted acidic sites in H-MFI and H-BEA zeolites: a thermodynamic and ab initio study. Thermochim. Acta 418, 3 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.tca.2003.11.050">https://doi.org/10.1016/j.tca.2003.11.050</a>
</li>
<li> L. Peng, Y. Liu, N. Kim, J.E. Readman, C.P. Grey. Detection of Bronsted acid sites in zeolite HY with high-field 17O-MAS-NMR techniques. Nature Mater. 4, 216 (2005).
<a href="https://doi.org/10.1038/nmat1332">https://doi.org/10.1038/nmat1332</a>
</li>
<li> J. Vaculik, M. Setnicka, R. Bulanek. Study of Bronsted acid site in H-MCM-22 zeolite by temperature-programmed desorption of ammonia. J. Therm. Anal. Calorim. 125, 1217 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1007/s10973-016-5349-2">https://doi.org/10.1007/s10973-016-5349-2</a>
</li>
<li> A. Auroux. Microcalorimetry methods to study the acidity and reactivity of zeolites, pillared clays and mesoporous materials. Top. Catal. 19, 205 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1023/A:1015367708955">https://doi.org/10.1023/A:1015367708955</a>
</li>
<li> M. Niwa, N. Katada. New method for the temperature-programmed desorption (TPD) of ammonia experiment for characterization of zeolite acidity: A review. Chem. Rec. 13, 432 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1002/tcr.201300009">https://doi.org/10.1002/tcr.201300009</a>
</li>
<li> E.G. Derouane, J.C. V’edrine, R. Ramos Pinto, P.M. Borges, L. Costa, M.A.N.D.A. Lemos, F. Lemos, F.R. Ribeiro. The acidity of zeolites: Concepts, measurements and relation to catalysis: A review on experimental and theoretical methods for the study of zeolite acidity. Catal. Rev. Sci. Eng. 55, 454 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1080/01614940.2013.822266">https://doi.org/10.1080/01614940.2013.822266</a>
</li>
<li> A. Zecchina, C. Otero Are’an. Diatomic molecular probes for mid-IR studies of zeolites. Chem. Soc. Rev. 25, 187 (1996).
<a href="https://doi.org/10.1039/CS9962500187">https://doi.org/10.1039/CS9962500187</a>
</li>
<li> E. Garrone, B. Fubini, B. Bonelli, B. Onida, C.O. Are’an. Thermodynamics of CO adsorption on the zeolite Na-ZSM-5 A combined microcalorimetric and FTIR spectroscopic study. Phys. Chem. Chem. Phys. 1, 513 (1999).
<a href="https://doi.org/10.1039/a806973e">https://doi.org/10.1039/a806973e</a>
</li>
<li> K. Hadjiivanov. Identification and characterization of surface hydroxyl groups by infrared spectroscopy. Adv. Catal. 57, 99 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800127-1.00002-3">https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800127-1.00002-3</a>
</li>
<li> W. Daniell, N.Y. Topsoe, H. Knozinger. An FTIR study of the surface acidity of USY zeolites: Comparison of CO, CD3CN, and C5H5N probe molecules. Langmuir 17, 6233 (2001).
<a href="https://doi.org/10.1021/la010345a">https://doi.org/10.1021/la010345a</a>
</li>
<li> C. Lamberti, A. Zecchina, E. Groppo, S. Bordiga. Probing the surfaces of heterogeneous catalysts by in situ IR spectroscopy. Chem. Soc. Rev. 39, 4951 (2010).
<a href="https://doi.org/10.1039/c0cs00117a">https://doi.org/10.1039/c0cs00117a</a>
</li>
<li> C.O. Are’an. Dinitrogen and carbon monoxide hydrogen bonding in protonic zeolites: Studies from variable-temperature infrared spectroscopy. J. Mol. Struct. 880, 31 (2008).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2007.11.004">https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2007.11.004</a>
</li>
<li> A. Pulido, M.R. Delgado, O. Bludsk’y, M. Rube?s, P. Nachtigall, C.O. Are’an. Combined DFT/CC and IR spectroscopic studies on carbon dioxide adsorption on the zeolite H-FER. Energy Environ. Sci. 2, 1187 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1039/b911253g">https://doi.org/10.1039/b911253g</a>
</li>
<li> M. Mihaylov, S. Andonova, K. Chakarova, A. Vimont, E. Ivanova, N. Drenchev, K. Hadjiivanov. An advanced approach for measuring acidity of hydroxyls in confined space: a FTIR study of low-temperature CO and 15N2 adsorption on MOF samples from the MIL-53(Al) series. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 24304 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1039/C5CP04139B">https://doi.org/10.1039/C5CP04139B</a>
</li>
<li> J.A. Lercher, C. Grundling, G. Eder-Mirth. Infrared studies of the surface acidity of oxides and zeolites using adsorbed probe molecules. Catal. Today 27, 353 (1996).
<a href="https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00248-0">https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00248-0</a>
</li>
<li> V. Van Speybroeck, K. Hemelsoet, L. Joos, M. Waroquier, R.G. Bell, C.R.A. Catlow. Advances in theory and their application within the field of zeolite chemistry. Chem. Soc. Rev. 44, 7044 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1039/C5CS00029G">https://doi.org/10.1039/C5CS00029G</a>
</li>
<li> M.R. Delgado, C. Otero Are’an. Carbon monoxide, dinitrogen and carbon dioxide adsorption on zeolite H-Beta: IR spectroscopic and thermodynamic studies. Energy 36, 5286 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.06.033">https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.06.033</a>
</li>
<li> M.R. Delgado, R. Bul’anek, P. Chlubn’a, C. Otero Are’an. Bronsted acidity of H-MCM-22 as probed by variable- temperature infrared spectroscopy of adsorbed CO and N2. Catal. Today 227, 45 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.09.013">https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.09.013</a>
</li>
<li> C.O. Are’an, G. Turnes Palomino, A. Zecchina, G. Spoto, S. Bordiga, P. Roy. Cation–carbon stretching vibration of adducts formed upon CO adsorption on alkaline zeolites. Phys. Chem. Chem. Phys. 1, 4139 (1999).
<a href="https://doi.org/10.1039/a905717j">https://doi.org/10.1039/a905717j</a>
</li>
<li> E. Garrone, C.O. Are’an. Variable temperature infrared spectroscopy: A convenient tool for studying the thermodynamics of weak solid—gas interactions. Chem. Soc. Rev. 34, 846 (2005).
<a href="https://doi.org/10.1039/b407049f">https://doi.org/10.1039/b407049f</a>
</li>
<li> A.A. Tsyganenko, P.Yu. Storozhev, C.O. Are’an. IR-spectroscopic study of the binding isomerism of adsorbed molecules. Kinet. Catal. 45, 530 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1023/B:KICA.0000038081.43384.56">https://doi.org/10.1023/B:KICA.0000038081.43384.56</a>
</li>
<li> P. Nachtigall, O. Bludsk’y, L. Grajciar, D. Nachtigallov’a, M.R. Delgado, C.O. Are’an. Computational and FTIR spectroscopic studies on carbon monoxide and dinitrogen adsorption on a high-silica H-FER zeolite. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 791 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1039/B812873A">https://doi.org/10.1039/B812873A</a>
</li>
<li> W.J. Roth, J. ? Cejka. Two-dimensional zeolites: Dream or reality? Catal. Sci. Technol. 1, 43 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1039/c0cy00027b">https://doi.org/10.1039/c0cy00027b</a>
</li>
<li> W.J. Roth, P. Chlubn’a, M. Kubu, D. Vitvarov’a. Swelling of MCM-56 and MCM-22P with a new medium – surfactant-tetramethylammonium hydroxide mixtures. Catal. Today 204, 8 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.cattod.2012.07.040">https://doi.org/10.1016/j.cattod.2012.07.040</a>
</li>
<li> C.O. Are’an, M.R. Delgado, P. Nachtigall, H.V. Thang, M. Rube?s, R. Bul’anek, P. Chlubn’a-Elia?sov’a. Measuring the Bronsted acid strength of zeolites – does it correlate with the O–H frequency shift probed by a weak base? Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 10129 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1039/C3CP54738H">https://doi.org/10.1039/C3CP54738H</a>
</li>
<li> A. Zecchina, S. Bordiga, G. Spoto, D. Scarano, G. Petrini, G. Leofanti, M. Padovan, C.O. Are’an. Low-temperature Fourier-transform infrared investigation of the interaction of CO with nanosized ZSM5 and silicalite. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 88, 2959 (1992).
<a href="https://doi.org/10.1039/FT9928802959">https://doi.org/10.1039/FT9928802959</a>
</li>
<li> V. Dondur, V. Rakic, L. Damjanovic, A. Auroux. Comparative study of the active sites in zeolites by different probe molecules. J. Serb. Chem. Soc. 70, 457 (2005).
<a href="https://doi.org/10.2298/JSC0503457D">https://doi.org/10.2298/JSC0503457D</a>
</li>
<li> C.O. Are’an, O.V. Manoilova, A.A. Tsyganenko, G.T. Palomino, M.P. Mentruit, F. Geobaldo, E. Garrone. Thermodynamics of Hydrogen bonding between CO and the supercage Bronsted acid sites of the H–Y zeolite – studies from variable temperature IR spectrometry. Eur. J. Inorg. Chem. 1739 (2001).
</li>
<li> C.C. Tsai, C.Y. Zhong, L. Wang, S.B. Liu, W. Chen, T.C.Tsai.Vapor phaseBeckmann rearrangement of cyclohexanone oxime overMCM-22.Appl.Catal.A 267, 87 (2004).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.02.026">https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.02.026</a>
</li>
<li> Z. Zhu, Q. Chen, Z. Xie, W. Yang, C. Li. The roles of acidity and structure of zeolite for catalyzing toluene alkylation with methanol to xylene. Micropor. Mesopor. Mater. 88, 16 (2006).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2005.08.021">https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2005.08.021</a></li>
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
