高剪切搅拌辅助合成H-ZSM-5限域镍纳米颗粒及其在棕榈酸加氢脱氧反应中的高效催化性能研究

本文推荐一种高剪切搅拌辅助原位沉淀封装法合成的H-ZSM-5限域镍纳米催化剂，通过自组装策略将Ni物种与分子筛骨架结合，形成尺寸约12 nm的Ni簇（Ni clusters）。该催化剂在棕榈酸（palmitic acid）加氢脱氧（HDO）反应中展现出89%的高催化活性和优异稳定性，其性能优势源于分子筛骨架的空间限域效应抑制金属迁移烧结。研究为生物油制备航空石蜡（aviation paraffin）提供了新型金属-分子筛（metal-zeolite）催化剂设计策略。

　　

Highlight

高剪切搅拌辅助合成H-ZSM-5限域镍纳米颗粒及其在棕榈酸加氢脱氧反应中的高效催化性能研究

Materials

实验材料：棕榈酸（palmitic acid）、环己烷（99% AR）、H-ZSM-5分子筛（Si/Al = 26）、六水合硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O, ≥98%）、硅烷偶联剂KH-550、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、氢氧化钠（NaOH）及去离子水。

Catalyst Preparation

后续描述中，Ni/ZSM-5催化剂简称为NZ。

Physical properties of catalysts

通过N₂吸附-脱附等温线和BJH法分析发现，高剪切搅拌制备的Ni/ZSM-5催化剂具有更高的比表面积和均匀孔道分布（图2及图S1）。ICP-OES测定显示镍负载量符合预期（表1），且镍纳米颗粒在分子筛孔道内高度分散。

Conclusion

研究表明，高剪切搅拌和KH-550硅烷偶联剂协同作用可显著提升镍在ZSM-5分子筛中的分散性，并强化金属-载体相互作用。分子筛骨架的"纳米笼"效应（nano-cage effect）有效阻止镍颗粒烧结，使催化剂在棕榈酸HDO反应中兼具高活性和长寿命。该成果为生物燃料绿色合成提供了创新解决方案。