納米孔晶體材料傳質研究取得新進展

2021-01-11 科學網

 

 

 

近日，中科院大連化物所甲醇制烯烴國家工程實驗室葉茂研究員、劉中民院士團隊在納米孔晶體材料傳質研究中取得新進展。相關工作以通訊的形式發表於《自然》出版集團的新刊《通訊—化學》上。

 

納米孔晶體材料在非均相催化和化學品分離等過程中得到了廣泛的應用，常見的納米孔晶體材料有各類分子篩和金屬有機骨架材料（MOF）等。由於納米孔道的尺寸限制，在這類材料中客體分子的傳質過程非常複雜，且對很多催化反應與分離過程有著決定性的影響。長期以來客體分子在晶體孔道內的擴散被認為是其傳質速率的控制步驟。但實際上，由於材料所處外部環境的變化，以及材料表界面存在的天然缺陷等原因，客體分子在進入晶體內部孔道之前，在表界面處也存在傳質阻力。目前，常規方法不能獨立測量納米孔晶體材料表界面傳質阻力係數和晶內擴散係數，測量到的結果實際上是一種表觀擴散係數，其同時包含了表界面的傳質阻力與孔道內擴散阻力的影響，很難直接用於納米孔晶體材料的設計和優化。

 

研究團隊推導了一種計算客體分子在納米孔晶體材料表界面傳質阻力的方法。該方法數學形式簡單，物理意義明確。採用該方法能夠從簡單的客體分子吸收速率曲線直接計算出材料表界面傳質速率與晶體孔道內擴散速率。核磁共振實驗結果驗證了該方法的可靠性。利用該方法，科研人員詳細考察了磷酸矽鋁(SAPO)分子篩的晶體粒度、晶體界面性質、環境因素對表界面傳質與孔道內擴散的影響。

 

該方法為定量研究客體分子在納米孔晶體材料內的傳質過程開闢了一條簡單方便的途徑，具有較強的普適性，能夠用於分子篩和MOF等納米孔晶體材料的傳質研究。（來源：科學網 劉萬生 李華 高銘濱）

 

 

 

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