Quantitative 3D Fluorescence Imaging of Single Catalytic Turnovers Reveals Spatiotemporal Gradients in Reactivity of Zeolite H-ZSM-5 Crystals upon Steaming

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 20, 2015, Pages 6559-6568

  Ristanović, Zoran ^a   Hofmann, Jan P ^a,d   De Cremer, Gert ^b,e   Kubarev, Alexey V ^b   Rohnke, Marcus ^c   Meirer, Florian ^a   Hofkens, Johan ^b   Roeffaers, Maarten B J ^b   Weckhuysen, Bert M ^a  

^a UTRECHT UNIVERSITY   (Netherlands)

^b UNIVERSITY OF LEUVEN   (Belgium)

^c JUSTUS LIEBIG UNIVERSITY   (Germany)

^d EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Netherlands)

^e DSM RESOLVE   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYSTS; DEPTH PROFILING; FLUORESCENCE; FLUORESCENCE MICROSCOPY; MASS SPECTROMETRY; ORGANIC POLYMERS; STOCHASTIC SYSTEMS; TRANSPORTATION;

CATALYTIC PERFORMANCE; CHARACTERIZATION METHODS; DIFFRACTION-LIMITED RESOLUTION; SPATIO-TEMPORAL GRADIENTS; SPUTTER-DEPTH PROFILING; STOCHASTIC BEHAVIOR; TEMPORAL FLUCTUATION; TIME OF FLIGHT SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY;

SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY;

ALUMINUM; FURFURYL ALCOHOL; ZEOLITE;

ARTICLE; CATALYSIS; CATALYST; CRYSTAL; FLUORESCENCE IMAGING; FLUORESCENCE MICROSCOPY; MASS SPECTROMETRY; OLIGOMERIZATION; QUANTITATIVE ANALYSIS; SPATIOTEMPORAL ANALYSIS; STOCHASTIC MODEL; SURFACE PROPERTY; THREE DIMENSIONAL IMAGING; TURNOVER TIME;

EID: 84930203004     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b01698     Document Type: Article

References (59)

1. Corma, A. Application of zeolites in fluid catalytic cracking and related processes. In Studies in Surface Science and Catalysis. Zeolites: Facts, Figures, Future; Jacobs, P. A., van Santen, R. A., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1989; Vol. 49, pp 49 - 67.
2. Rigutto, M. Cracking and hydrocracking. In Zeolites and Catalysis: Synthesis, Reactions and Applications; Čejka, J., Corma, A., Zones, S., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2010; pp 547 - 584.
3. Stöcker, M. Methanol to olefins (MTO) and methanol to gasoline (MTG). In Zeolites and Catalysis: Synthesis, Reactions and Applications; Čejka, J., Corma, A., Zones, S., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2010; pp 687 - 711.
4. Lee, C. S.; Park, T. J.; Lee, W. Y. Appl. Catal. Gen. 1993, 96, 151
5. Kramer, G. J.; Van Santen, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 2887
6. Boudart, M. Chem. Rev. 1995, 95, 661
7. van den Bergh, J.; Gascon, J.; Kapteijn, F. Diffusion in zeolites-impact on catalysis. In Zeolites and Catalysis: Synthesis, Reactions and Applications; Čejka, J., Corma, A., Zones, S., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2010; pp 361 - 387.
8. Groen, J. C.; Bach, T.; Ziese, U.; Paulaime-van Donk, A. M.; de Jong, K. P.; Moulijn, J. A.; Pérez-Ramírez, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10792
9. Michels, N.-L.; Mitchell, S.; Milina, M.; Kunze, K.; Krumeich, F.; Marone, F.; Erdmann, M.; Marti, N.; Pérez-Ramírez, J. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2509
10. van Donk, S.; Janssen, A. H.; Bitter, J. H.; de Jong, K. P. Catal. Rev. 2003, 45, 297
11. Ong, L. H.; Dömök, M.; Olindo, R.; van Veen, A. C.; Lercher, J. A. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 164, 9
12. Zhang, L.; van Laak, A. N. C.; de Jongh, P. E.; de Jong, K. P. Textural characterization of mesoporous zeolites. In Zeolites and Catalysis: Synthesis, Reactions and Applications; Čejka, J., Corma, A., Zones, S., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2010; pp 237 - 282.
13. Mitchell, S.; Michels, N.-L.; Kunze, K.; Pérez-Ramírez, J. Nat. Chem. 2012, 4, 825
14. Sklenak, S.; Dědeček, J.; Li, C.; Wichterlová, B.; Gábová, V.; Sierka, M.; Sauer, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 7286
15. van Bokhoven, J. A.; van der Eerden, A. M. J.; Koningsberger, D. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7435
16. Vjunov, A.; Fulton, J. L.; Huthwelker, T.; Pin, S.; Mei, D.; Schenter, G. K.; Govind, N.; Camaioni, D. M.; Hu, J. Z.; Lercher, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8296
17. Hall, W. K.; Spiewak, B. E.; Cortright, R. D.; Dumesic, J. A.; Knözinger, H.; Pfeifer, H.; Kazansky, V. B.; Bond, G. C. Characterization of solid catalysts. In Handbook of Heterogeneous Catalysis; Ertl, G., Knözinger, H., Weitkamp, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 1997; pp 689 - 770.
18. Aramburo, L. R.; Liu, Y.; Tyliszczak, T.; de Groot, F. M. F.; Andrews, J. C.; Weckhuysen, B. M. ChemPhysChem 2013, 14, 496
19. van der Bij, H. E.; Cicmil, D.; Wang, J.; Meirer, F.; de Groot, F. M. F.; Weckhuysen, B. M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17774
20. Mores, D.; Stavitski, E.; Verkleij, S. P.; Lombard, A.; Cabiac, A.; Rouleau, L.; Patarin, J.; Simon-Masseron, A.; Weckhuysen, B. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 15985
21. Roeffaers, M. B. J.; Ameloot, R.; Baruah, M.; Uji-i, H.; Bulut, M.; De Cremer, G.; Müller, U.; Jacobs, P. A.; Hofkens, J.; Sels, B. F.; De Vos, D. E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5763
22. Sprung, C.; Weckhuysen, B. M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1916
23. Stavitski, E.; Weckhuysen, B. M. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4615
24. Domke, K. F.; Riemer, T. A.; Rago, G.; Parvulescu, A. N.; Bruijnincx, P. C. A.; Enejder, A.; Weckhuysen, B. M.; Bonn, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1124
25. Domke, K. F.; Day, J. P. R.; Rago, G.; Riemer, T. A.; Kox, M. H. F.; Weckhuysen, B. M.; Bonn, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1343
26. Liu, K.-L.; Kubarev, A. V.; Van Loon, J.; Uji-i, H.; De Vos, D. E.; Hofkens, J.; Roeffaers, M. B. J. ACS Nano 2014, 8, 12650
27. Weckhuysen, B. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 4910
28. Buurmans, I. L. C.; Weckhuysen, B. M. Nat. Chem. 2012, 4, 873
29. Zürner, A.; Kirstein, J.; Döblinger, M.; Bräuchle, C.; Bein, T. Nature 2007, 450, 705
30. Jung, C.; Kirstein, J.; Platschek, B.; Bein, T.; Budde, M.; Frank, I.; Müllen, K.; Michaelis, J.; Bräuchle, C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1638
31. Roeffaers, M. B. J.; Sels, B. F.; Uji-i, H.; De Schryver, F. C.; Jacobs, P. A.; De Vos, D. E.; Hofkens, J. Nature 2006, 439, 572
32. Xu, W.; Kong, J. S.; Yeh, Y.-T. E.; Chen, P. Nat. Mater. 2008, 7, 992
33. Roeffaers, M. B. J.; De Cremer, G.; Libeert, J.; Ameloot, R.; Dedecker, P.; Bons, A.-J.; Bückins, M.; Martens, J. A.; Sels, B. F.; De Vos, D. E.; Hofkens, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 9285
34. Tachikawa, T.; Majima, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8485
35. Chen, P.; Zhou, X.; Shen, H.; Andoy, N. M.; Choudhary, E.; Han, K.-S.; Liu, G.; Meng, W. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4560
36. De Cremer, G.; Roeffaers, M. B. J.; Bartholomeeusen, E.; Lin, K.; Dedecker, P.; Pescarmona, P. P.; Jacobs, P. A.; De Vos, D. E.; Hofkens, J.; Sels, B. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 908
37. Tachikawa, T.; Majima, T. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4802
38. Andoy, N. M.; Zhou, X.; Choudhary, E.; Shen, H.; Liu, G.; Chen, P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1845
39. Ristanović, Z.; Kerssens, M. M.; Kubarev, A. V.; Hendriks, F. C.; Dedecker, P.; Hofkens, J.; Roeffaers, M. B. J.; Weckhuysen, B. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 1836
40. Roeffaers, M. B. J.; De Cremer, G.; Uji-i, H.; Muls, B.; Sels, B. F.; Jacobs, P. A.; Schryver, F. C. D.; De Vos, D. E.; Hofkens, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 12603
41. Cordes, T.; Blum, S. A. Nat. Chem. 2013, 5, 993
42. Janssen, K. P. F.; De Cremer, G.; Neely, R. K.; Kubarev, A. V.; Loon, J. V.; Martens, J. A.; De Vos, D. E.; Roeffaers, M. B. J.; Hofkens, J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 990
43. Karwacki, L.; Kox, M. H. F.; de Winter, D. A. M.; Drury, M. R.; Meeldijk, J. D.; Stavitski, E.; Schmidt, W.; Mertens, M.; Cubillas, P.; John, N.; Chan, A.; Kahn, N.; Bare, S. R.; Anderson, M.; Kornatowski, J.; Weckhuysen, B. M. Nat. Mater. 2009, 8, 959
44. Ristanović, Z.; Hofmann, J. P.; Deka, U.; Schülli, T. U.; Rohnke, M.; Beale, A. M.; Weckhuysen, B. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13382
45. Aramburo, L. R.; Karwacki, L.; Cubillas, P.; Asahina, S.; de Winter, D. A. M.; Drury, M. R.; Buurmans, I. L. C.; Stavitski, E.; Mores, D.; Daturi, M.; Bazin, P.; Dumas, P.; Thibault-Starzyk, F.; Post, J. A.; Anderson, M. W.; Terasaki, O.; Weckhuysen, B. M. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 13773
46. Dedecker, P.; Duwé, S.; Neely, R. K.; Zhang, J. J. Biomed. Opt. 2012, 17, 126008
47. Sergé, A.; Bertaux, N.; Rigneault, H.; Marguet, D. Nat. Methods 2008, 5, 687
48. Niemantsverdriet, J. W. The ion spectroscopies. Spectroscopy in Catalysis; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2007; pp 85 - 119.
49. Roeffaers, M. B. J.; Sels, B. F.; Uji-i, H.; Blanpain, B.; L'hoëst, P.; Jacobs, P. A.; De Schryver, F. C.; Hofkens, J.; De Vos, D. E. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 1706
50. Campbell, S. M.; Bibby, D. M.; Coddington, J. M.; Howe, R. F.; Meinhold, R. H. J. Catal. 1996, 161, 338
51. Hibbe, F.; Chmelik, C.; Heinke, L.; Pramanik, S.; Li, J.; Ruthven, D. M.; Tzoulaki, D.; Kärger, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2804
52. Hibbe, F.; Caro, J.; Chmelik, C.; Huang, A.; Kirchner, T.; Ruthven, D.; Valiullin, R.; Kärger, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7725
53. Lu, H. P.; Xun, L.; Xie, X. S. Science 1998, 282, 1877
54. English, B. P.; Min, W.; van Oijen, A. M.; Lee, K. T.; Luo, G.; Sun, H.; Cherayil, B. J.; Kou, S. C.; Xie, X. S. Nat. Chem. Biol. 2006, 2, 87
55. Xie, X. S.; Lu, H. P. J. Biol. Chem. 1999, 274, 15967
56. De Cremer, G.; Roeffaers, M. B. J.; Baruah, M.; Sliwa, M.; Sels, B. F.; Hofkens, J.; De Vos, D. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15458
57. Imbihl, R.; Ertl, G. Chem. Rev. 1995, 95, 697
58. Jensen, K. F.; Ray, W. H. Chem. Eng. Sci. 1980, 35, 241
59. De Levie, R. J. Chem. Educ. 2000, 77, 771