in-situ-kinetics変換による金属/ゼオライトハイブリッドナノフラームリアクターの構築

高度にアクセスしやすい区画環境、豊富な不均一な界面、および多様な化学組成を備えた金属/ゼオライトハイブリッドナノフレームは、不均一触媒の重大な可能性を備えていると予想されますが、それらの一般的な合成方法論はまだ確立されていません。この研究では、非常に開いたナノ構造、調整可能な金属組成、および豊富なアクセス可能なアクティブサイトを備えた金属/ZSM-5ハイブリッドナノフレームを調製するための2段階のインシトゥキネット変換アプローチを開発しました。当初、プロセスには、異方性エッチングおよび再結晶運動変換プロセスを介した単一結晶ZSM-5ナノフレームの形成が含まれていました。その後、ZSM-5ナノフラームからエッチングされたNi2+イオンとシリカ種のin situ反応により、ゼオライトナノフレームの内面と外側の両方の表面に層状のニッケルが現れました。水素雰囲気の下で還元されると、よく分散したNiナノ粒子が生成され、ZSM-5ナノフラームに固定されました。驚くべきことに、この戦略は、ゼオライトナノフラーム上のさまざまな超高モノメタルおよびバイメタル合金ナノ粒子を固定するために拡張できます。構造的および組成的利点の恩恵を受けると、結果として生じるハイブリッドナノフレームは、個別のNiナノ粒子の高い負荷を備えており、ステアリン酸の液体燃料へのハイドロデオキシゲン化のパフォーマンスが向上しました。全体として、この方法論は、多くの潜在的な触媒アプリケーションのための複雑なフレームのような金属/ゼオライトハイブリッドナノリアクターの合理的な構築に関する新たな洞察を共有しています。

Metal/zeolite hybrid nanoframes featuring highly accessible compartmental environments, abundant heterogeneous interfaces, and diverse chemical compositions are expected to possess significant potential for heterogeneous catalysis, yet their general synthetic methodology has not yet been established. In this study, we developed a two-step in-situ-kinetics transformation approach to prepare metal/ZSM-5 hybrid nanoframes with exceptionally open nanostructures, tunable metal compositions, and abundant accessible active sites. Initially, the process involved the formation of single-crystalline ZSM-5 nanoframes through an anisotropic etching and recrystallization kinetic transformation process. Subsequently, through an in situ reaction of the Ni2+ ions and the silica species etched from ZSM-5 nanoframes, layered nickel silicate emerged on both the inner and outer surfaces of the zeolite nanoframes. Upon reduction under a hydrogen atmosphere, well-dispersed Ni nanoparticles were produced and immobilized onto the ZSM-5 nanoframes. Strikingly, this strategy can be extended to immobilize a variety of ultrasmall monometallic and bimetallic alloy nanoparticles on zeolite nanoframes. Benefiting from the structural and compositional advantages, the resultant hybrid nanoframes with a high loading of discrete Ni nanoparticles exhibited enhanced performance in the hydrodeoxygenation of stearic acid into liquid fuels. Overall, the methodology shares fresh insights into the rational construction of intricate frame-like metal/zeolite hybrid nanoreactors for many potential catalytic applications.