Core–shell H-ZSM-5/silicalite-1 composites: Brønsted acidity and catalyst deactivation at the individual particle level

文献情報

出版日 2011-08-03
DOI 10.1039/C1CP21324E
インパクトファクター 3.676
著者

Davide Mores, Eli Stavitski, Suzanna P. Verkleij, Antoinette Lombard, Amandine Cabiac, Loïc Rouleau, Joël Patarin, Angélique Simon-Masseron, Bert M. Weckhuysen


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要旨

A combination of in situUV-Vis and confocal fluorescence micro-spectroscopy is applied to investigate the influence of an external silicalite-1 shell on the Brønsted acidity and coke formation process of individual H-ZSM-5 zeolite crystals. Three probe reactions were used: oligomerization of styrene, methanol-to-olefin (MTO) conversion and aromatization of light naphtha (LNA) derivatives. Oligomerization of styrene leads to the formation of optically active carbocationic oligomers. Different styrene substitutions indicate the conversion ability of the catalyst acid core, a preferred alignment of the oligomers within the straight zeolite channels and a Brønsted acidity gradient throughout the zeolite crystal. Both the MTO conversion and the LNA process lead to limited carbonaceous deposition within the external silicalite-1 layer. This outer shell furthermore prevents the growth of extended coke species at the zeolite external surface. During MTO, the formation of carbonaceous compounds initiates at the center of the H-ZSM-5 zeolite core and expands towards the zeolite exterior. This coke build-up starts with a 420 nm UV-Vis absorption band, assigned to methyl-substituted aromatic carbocations, and a second band around 550 nm, which is indicative of their growth towards larger conjugated systems. Aromatization of linear and branched C5 paraffins causes negligible darkening of the zeolite crystals though it forms fluorescent coke deposits and their precursors within the H-ZSM-5 catalyst. Olefin homologues on the contrary cause pronounced darkening of the zeolite composite. Methyl-branching of these reactants slows down the coke formation rate and produces carbonaceous species that are more restricted in their molecular size.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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