Aluminum speciation identification reveals water interactions in silicoaluminophosphate zeolites

硅酸铝 沸石 分子筛 化学 水解 催化作用 固态核磁共振 分子 化学工程 无机化学 有机化学 核磁共振 物理 工程类
作者
Caiyi Lou,Wenna Zhang,Pan Gao,Yida Zhou,Yuchun Zhi,Fangxiu Ye,Wenfu Yan,Shutao Xu,Yingxu Wei,Zhongmin Liu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (40): e2507802122-e2507802122 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2507802122
摘要

Water plays a crucial role in material development. As it is ubiquitous throughout zeolite generation and application, host–guest interaction between zeolite and water attracts broad interest, but mechanistic understanding remains fragmented. Here, advanced solid-state NMR techniques (2D 17 O SPAM-MQ, 27 Al{ 31 P} J -HMQC, 27 Al{ 29 Si} REDOR, and 1 H TQ-SQ NMR) combined with isotopic tracing and theoretical calculations determine water-induced octahedrally coordinated aluminum in silicoaluminophosphate molecular sieves (SAPOs) as an exclusive product of Al(OP) 4 units coordinated with two water molecules—a structure distinct from that in aluminosilicates. Based on the knowledge of aluminum speciation, we elucidate four water interaction mechanisms in SAPOs, including Brønsted-acid interaction, coordination, reversible/irreversible hydrolysis, and capillary condensation. Contrary to conventional wisdom attributing SAPO degradation to Al-O-P hydrolysis, we clarify that desilication dominates structural collapse, establishing Si environments as catalyst durability descriptors. These mechanistic insights decipher the nature of SAPO interacting with water and its fundamental differences from aluminosilicate zeolite.
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