分子筛中的框架外Al物种（EFAL）在烷烃裂解等重要工业反应中起到的作用一直被讨论并且存在争议。人们很早以前发现水处理过程能够影响框架Al位点结构甚至调控催化反应活性。但是人们目前对结构调控与烷烃裂解、异构反应之间的关系并没有很好的理解。水分子在调控分子筛、影响反应速率上的作用仍处于不断进展的过程。外骨架Al物种的位置与骨架上的Brønsted酸位点之间非常靠近，因此调控界面吸附中间体物种的能量、过渡态的动力学，因此改善了烷烃裂解反应的速率。但是人们对水分子在这些骨架外Al物种产生高活性催化活性位点上起到的作用不是非常理解。有鉴于此，俄克拉荷马大学Steven Crossley等报道水分子在影响骨架外Al物种，以及水分子影响烷烃裂解催化反应活性上的作用进行研究，解释了以往存在的争议问题，。

本文要点：

（1）

作者在含有不同Si/Al组成比例、不同EFAL浓度的ZSM-5分子筛中通过脉冲方法控制引入一定量的水分子，随后考察烷烃裂解反应活性的变化，因此揭示了水分子导致形成新催化反应位点。这种脉冲引入水分子的方法能够改善加入水分子的数量、晶格重排、分子筛的干燥，因此能够在保持分子筛晶化度、总BAS位点浓度的条件中定量分析新产生催化活性位点的活化能。

（2）

作者揭示了新形成的催化活性位点对催化反应速率的贡献，结果显示在这种高活性位点上的反应能垒（75 kJ/mol）低于传统的Brønsted位点（110 kJ/mol），通过研究温度与形成新催化反应位点之间的关系，作者发现新形成的位点在水蒸气存在的条件中，动力学关键步骤活化能为44 kJ/mol，这个结果是目前已知的最高结果。

（3）

水分子对形成此类催化活性位点非常重要，但是水分子同时能够结合在催化活性位点上，导致裂解反应速率显著降低。以上研究结果阐明了水分子改善催化反应活性的一些争议性问题。

参考文献

Tram N. Pham, Vy Nguyen, Bin Wang, Jeffery L. White, and Steven Crossley*, Quantifying the Influence of Water on the Mobility of Aluminum Species and Their Effects on Alkane Cracking in Zeolites, ACS Catal. 2021, 11, 6982–6994

DOI: 10.1021/acscatal.1c01138

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01138