Toward a Unified Identification of Ti Location in the MFI Framework of High-Ti-Loaded TS-1: Combined EXAFS, XANES, and DFT Study

氧烷 扩展X射线吸收精细结构 密度泛函理论 催化作用 吸收(声学) 选择性 材料科学 化学 衍射 结晶学 计算化学 吸收光谱法 光谱学 物理 有机化学 光学 复合材料 量子力学
作者
Juncai Dong,Hailiang Zhu,Yanjuan Xiang,Yan Wang,Pengfei An,Yu Gong,Yaxiang Liang,Limei Qiu,Aiguo Zheng,Xinxin Peng,Min Lin,Guangtong Xu,Zhiying Guo,Dongliang Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:120 (36): 20114-20124 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b05087
摘要

Titanium silicalite-1 (TS-1) has been shown to be a heterogeneous catalyst with remarkable efficiency and selectivity; however, the nature of the active Ti site in the MFI framework remains elusive. Here we report combined experimental and theoretical research on Ti distribution in the 12 crystallographically distinct T sites of the MFI framework in high-Ti-loaded TS-1 (2.7 wt % in TiO2). Using a multishell fit to extended X-ray absorption fine structure, we show that T4 is the most populated site, in marked contrast to the preferential substitution sites and the definitely excluded sites assumed hitherto by diffraction studies. The identification is supported by a good agreement between calculated and experimental X-ray absorption near-edge structure studies and by full periodic density functional theory (DFT) computation. In spite of having the identical most favored site, the preference order for the remaining sites predicted by DFT does not fully match the experimental results. This suggests that Ti distribution in the resulting TS-1 framework is positively correlated with the thermodynamic stability of pure material but can be affected by other factors such as interdefects. These new insights may facilitate the bottom-up design of new zeolites with tailored catalytic performance and studies on mechanisms of various oxidation reactions.

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