分子筛的骨架中存在一特征笼状结构单元,而笼状结构单元又是根据确定它们多面体的多元环来描述的。例如,我们所熟悉的SOD笼它由八个六元环和六个四元环来组成的,一般简写成4668。不同的分子筛骨架会含有相同的笼状结构单元,换句话说,同一个笼状结构单元通过不同连接方式会形成不同的分子筛骨架结构类型。一个经典的例子就是SOD笼。在初级结构单元与初级结构单元的连接中,要遵守Lowenstein规则:在***骨架结构中,铝与铝不能相邻;在磷酸盐骨架结构中,如SAPO-34,铝是不能和二价或者三价金属原子相邻、以及磷不能与硅或磷相连的。
沸石分子筛具有的规整晶体结构,其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构,并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有较强的酸中心,同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用。这些特性使它成为性能优异的催化剂。多相催化反应是在固体催化剂上进行的,催化活性与催化剂的晶孔大小有关。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时,催化反应的进行受到沸石分子筛晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形状都可以对催化反应起着选择性作用。在一般反应条件下沸石分子筛对反应方向起作用,呈现了择形催化性能,这一性能使沸石分子筛作为催化新材料具有强大生命力。
通常来讲,沸石分子筛都是一个个四面体通过共用顶点来堆积得到的,所以一个四面体就是一个初级的结构单元(TO4四面体)。例如:对于silicalite-1沸石分子筛来讲,它的初级结构单元是硅氧四面体([Si O4]0),并且这个四面体结构单元呈现电中性,这些硅氧四面体通过共用氧原子的连接,形成了具有MFI结构的沸石分子筛。在合成中模板剂和吸附水是存在于它的孔道中的。当然,当在合成体系中有铝存在的条件下,则有两种四面体:硅氧四面体([Si O4]0)和铝氧四面体([Al O4]-),并且铝氧四面体是存在一个负电荷的,通过组装合成了***的具有MFI结构的分子筛,由于这种结构本身带有一定的负电荷,因此必然要通过额外的阳离子来平衡,使其整体终呈现电中性。而磷铝分子筛则是磷氧四面体([PO4]+)和铝氧四面体([Al O4]-)严格交替构成,骨架呈电中性。
分子筛是由四面体之间通过共享顶点而形成的三维四连接骨架。骨架 T原子通常是指Si、Al或P原子,在少数情况下是指其他杂原子,如B、Ga、Be等, 这些四面体是构成分子筛骨架的基本结构单元,即初 级结构单元。在这些四面体中,Si、Al和P等都以氧化态的形式出现,采取sp3杂化轨道与氧原子成键,Si—0平均键长为1. 61人,Al—平均键长为1. 75A, P—0平均键长为1.54入。
在分子筛结构中,每个T原子都与四个氧原子配位,每个氧原子桥连两个T原子,因此,分子筛的结构类型可以用连接来表示。 但在某些分子筛结构中,如在A1P04-21和VPI-5中,存在着五配位或六配位的A1原子,它们除了与四个桥氧配位外,还与额外物种OFT或H20配位。 忽略这些额外物种,这些分子筛的骨架具有理想的拓扑连接。
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