Acidic Properties and Structure-Activity Correlations of Solid Acid Catalysts Revealed by Solid-State NMR Spectroscopy.

الخصائص الحمضية وارتباطات البنية بالنشاط للحفازات الحمضية الصلبة كما كشفت عنها مطيافية الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة.

Clicks: 676
ID: 822
2016
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #5 of 1,131 articles by views in accounts of chemical research

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 1,131 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Solid acid materials with tunable structural and acidic properties are promising heterogeneous catalysts for manipulating and/or emulating the activity and selectivity of industrially important catalytic reactions. On the other hand, the performances of acid-catalyzed reactions are mostly dictated by the acidic features, namely, type (Brønsted vs Lewis acidity), amount, strength, and local environment of acid sites. The latter is relevant to their location (intra- vs extracrystalline), and possible confinement and Brønsted-Lewis acid synergy effects that may strongly affect the host-guest interactions, reaction mechanism, and shape selectivity of the catalytic system. This account aims to highlight some important applications of state-of-the-art solid-state NMR (SSNMR) techniques for exploring the structural and acidic properties of solid acid catalysts as well as their catalytic performances and relevant reaction pathway invoked. In addition, density functional theory (DFT) calculations may be exploited in conjunction with experimental SSNMR studies to verify the structure-activity correlations of the catalytic system at a microscopic scale. We describe in this Account the developments and applications of advanced ex situ and/or in situ SSNMR techniques, such as two-dimensional (2D) double-quantum magic-angle spinning (DQ MAS) homonuclear correlation spectroscopy for structural investigation of solid acids as well as study of their acidic properties. Moreover, the energies and electronic structures of the catalysts and detailed catalytic reaction processes, including the identification of reaction species, elucidation of reaction mechanism, and verification of structure-activity correlations, made available by DFT theoretical calculations were also discussed. Relevant discussions will focus primarily on results obtained from our laboratories in the past decade, including (i) quantitative and qualitative acidity characterization utilizing assorted probe molecules, (ii) probing the spatial proximity and synergy effect of acid sites, and (iii) influence of acid features and pore confinement effect on catalytic activity, transition-state stability, reaction pathway, and product selectivity of solid acid catalysts such as zeolites, metal oxides, and heteropolyacids. It is conclusive that a synergy of acidity (local effect) and pore confinement (environmental effect) tend to strongly dictate the formations of intermediates and transition states, hence, the reaction pathways and catalytic performance of solid acid catalysts. We hope that these information can provide additional insights toward our understanding in heterogeneous catalysis, especially the roles of structural and acidic properties on catalytic performances and reaction mechanism of acid-catalyzed systems, which should be beneficial for rational design of solid acid catalysts.
تُعد المواد الحمضية الصلبة ذات الخصائص البنيوية والحمضية القابلة للضبط حفازاتٍ غير متجانسة واعدة للتحكم في نشاط وانتقائية التفاعلات الحفزية ذات الأهمية الصناعية و/أو محاكاتها. ومن ناحية أخرى، يتحدد أداء التفاعلات المحفزة بالأحماض في المقام الأول بالسمات الحمضية، وتحديدًا: النوع (حموضة برونستد مقابل حموضة لويس)، والكمية، والقوة، والبيئة الموضعية للمواقع الحمضية. وترتبط هذه الأخيرة بموقعها (داخل البلورة مقابل خارجها)، وتأثيرات الحصر والتآزر المحتملة بين حمضي برونستد ولويس، والتي قد تؤثر بقوة في تفاعلات المضيف والضيف، وآلية التفاعل، والانتقائية الشكلية للنظام الحفزي. يهدف هذا الاستعراض العلمي إلى تسليط الضوء على بعض التطبيقات المهمة لتقنيات الرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة (SSNMR) الحديثة في استكشاف الخصائص البنيوية والحمضية للحفازات الحمضية الصلبة، فضلًا عن أدائها الحفزي ومسار التفاعل ذي الصلة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الاستفادة من حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) بالتزامن مع دراسات SSNMR التجريبية للتحقق من علاقات البنية بالنشاط للنظام الحفزي على المستوى المجهري. ونستعرض هنا التطورات والتطبيقات الخاصة بتقنيات SSNMR المتقدمة خارج الموقع (ex situ) و/أو في الموضع (in situ)، مثل مطيافية الارتباط متجانس النوى بالدوران حول الزاوية السحرية مزدوج الكم (DQ MAS) ثنائية الأبعاد (2D) للتحري البنيوي عن الأحماض الصلبة ودراسة خصائصها الحمضية. علاوة على ذلك، نناقش أيضًا طاقات الحفازات وبناها الإلكترونية، وتفاصيل مسارات التفاعل الحفزي، بما في ذلك تحديد الأنواع المتفاعلة، واستيضاح آلية التفاعل، والتحقق من علاقات البنية بالنشاط، والمستمدة من الحسابات النظرية بطريقة DFT. وتركز المناقشات ذات الصلة أساسًا على النتائج المستخلصة من مختبراتنا خلال العقد الماضي، بما يشمل: (1) التوصيف الكمي والنوعي للحموضة باستخدام جزيئات مسبارية متنوعة، و(2) سبر التقارب المكاني وتأثير التآزر للمواقع الحمضية، و(3) تأثير السمات الحمضية وحصر المسام في النشاط الحفزي، واستقرار الحالة الانتقالية، ومسار التفاعل، وانتقائية النواتج للحفازات الحمضية الصلبة مثل الزيوليتات، وأكاسيد المعادن، والأحماض غير المتجانسة (الهيتيروبولي أسيد). ومن الثابت أن التآزر بين الحموضة (تأثير موضعي) وحصر المسام (تأثير بيئي) يميل بقوة إلى التحكم في تشكّل النواتج الوسيطة والحالات الانتقالية، ومن ثم مسارات التفاعل والأداء الحفزي للحفازات الحمضية الصلبة. نأمل أن تقدم هذه المعلومات رؤى إضافية تسهم في تعميق فهمنا لمجال الحفز غير المتجانس، ولا سيما أدوار الخصائص البنيوية والحمضية في الأداء الحفزي وآليات التفاعل للأنظمة المحفزة بالأحماض، بما يدعم التصميم العقلاني للحفازات الحمضية الصلبة.
Reference Key
zheng2016acidic Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Zheng, Anmin;Li, Shenhui;Liu, Shang-Bin;Deng, Feng;
Journal accounts of chemical research
Year 2016
DOI
10.1021/acs.accounts.6b00007
URL
Keywords Keywords not found

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.