Computational Assessment of the Dominant Factors Governing the Mechanism of Methanol Dehydration over H-ZSM-5 with Heterogeneous Aluminum Distribution

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 4, 2016, Pages 2287-2298

  Ghorbanpour, Arian ^a   Rimer, Jeffrey D ^a   Grabow, Lars C ^a  

^a UNIVERSITY OF HOUSTON   (United States)

Author keywords

acid strength; Al siting; DFT; methanol to DME; pore confinement; ZSM 5

Indexed keywords

COMPUTATION THEORY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DISSOCIATION; FREE ENERGY; GIBBS FREE ENERGY; HYDROCARBONS; METHANOL; VAN DER WAALS FORCES;

ACID STRENGTHS; AL SITING; DISSOCIATIVE PATHWAYS; DOMINANT CONTRIBUTIONS; METHANOL-TO-HYDROCARBONS; TRANSITION STATE ENERGIES; TRANSITION STATE STABILIZATION; ZSM-5;

ALUMINUM;

EID: 84963755956     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b02367     Document Type: Article

References (79)

1. Haw, J. F.; Song, W. G.; Marcus, D. M.; Nicholas, J. B. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 317-326 10.1021/ar020006o
2. Hemelsoet, K.; Van der Mynsbrugge, J.; De Wispelaere, K.; Waroquier, M.; Van Speybroeck, V. ChemPhysChem 2013, 14, 1526-1545 10.1002/cphc.201201023
3. Lesthaeghe, D.; Van Speybroeck, V.; Marin, G. B.; Waroquier, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1714-1719 10.1002/anie.200503824
4. Stöcker, M. Microporous Mesoporous Mater. 1999, 29, 3-48 10.1016/S1387-1811(98)00319-9
5. Bjørgen, M.; Svelle, S.; Joensen, F.; Nerlov, J.; Kolboe, S.; Bonino, F.; Palumbo, L.; Bordiga, S.; Olsbye, U. J. Catal. 2007, 249, 195-207 10.1016/j.jcat.2007.04.006
6. Dahl, I. M.; Kolboe, S. J. Catal. 1994, 149, 458-464 10.1006/jcat.1994.1312
7. Ilias, S.; Bhan, A. ACS Catal. 2013, 3, 18-31 10.1021/cs3006583
8. Van Speybroeck, V.; Hemelsoet, K.; Joos, L.; Waroquier, M.; Bell, R. G.; Catlow, C. R. A. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 7044-7111 10.1039/C5CS00029G
9. Sun, J.; Yang, G. H.; Yoneyama, Y.; Tsubaki, N. ACS Catal. 2014, 4, 3346-3356 10.1021/cs500967j
10. Cheung, P.; Bhan, A.; Sunley, G. J.; Iglesia, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1617-1620 10.1002/anie.200503898
11. Liu, H. C.; Cheung, P.; Iglesia, E. J. Catal. 2003, 217, 222-232 10.1016/S0021-9517(03)00025-3
12. Hazari, N.; Iglesia, E.; Labinger, J. A.; Simonetti, D. A. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 653-662 10.1021/ar2002528
13. Li, X. A.; San, X. G.; Zhang, Y.; Ichii, T.; Meng, M.; Tan, Y. S.; Tsubaki, N. ChemSusChem 2010, 3, 1192-1199 10.1002/cssc.201000109
14. Arcoumanis, C.; Bae, C.; Crookes, R.; Kinoshita, E. Fuel 2008, 87, 1014-1030 10.1016/j.fuel.2007.06.007
15. Olah, G. A.; Goeppert, A.; Prakash, G. K. S. J. Org. Chem. 2009, 74, 487-498 10.1021/jo801260f
16. Semelsberger, T. A.; Borup, R. L.; Greene, H. L. J. Power Sources 2006, 156, 497-511 10.1016/j.jpowsour.2005.05.082
17. Blaszkowski, S. R.; van Santen, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5152-5153 10.1021/ja954323k
18. Blaszkowski, S. R.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2292-2305 10.1021/jp962006+
19. Carr, R. T.; Neurock, M.; Iglesia, E. J. Catal. 2011, 278, 78-93 10.1016/j.jcat.2010.11.017
20. Schiffino, R. S.; Merrill, R. P. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6425-6435 10.1021/j100126a017
21. Sinclair, P. E.; Catlow, C. R. A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 2099-2105 10.1039/ft9969202099
22. Moses, P. G.; Nørskov, J. K. ACS Catal. 2013, 3, 735-745 10.1021/cs300722w
23. Shah, R.; Gale, J. D.; Payne, M. C. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4787-4797 10.1021/jp9639509
24. Svelle, S.; Tuma, C.; Rozanska, X.; Kerber, T.; Sauer, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 816-825 10.1021/ja807695p
25. Svelle, S.; Visur, M.; Olsbye, U.; Saepurahman; Bjørgen, M. Top. Catal. 2011, 54, 897-906 10.1007/s11244-011-9697-7
26. Van der Mynsbrugge, J.; Moors, S. L. C.; De Wispelaere, K.; Van Speybroeck, V. ChemCatChem 2014, 6, 1906-1918 10.1002/cctc.201402146
27. Van der Mynsbrugge, J.; Visur, M.; Olsbye, U.; Beato, P.; Bjørgen, M.; Van Speybroeck, V.; Svelle, S. J. Catal. 2012, 292, 201-212 10.1016/j.jcat.2012.05.015
28. Van Speybroeck, V.; Van der Mynsbrugge, J.; Vandichel, M.; Hemelsoet, K.; Lesthaeghe, D.; Ghysels, A.; Marin, G. B.; Waroquier, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 888-899 10.1021/ja1073992
29. Jones, A. J.; Iglesia, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 12177-12181 10.1002/anie.201406823
30. Kubelková, L.; Nováková, J.; Nedomová, K. J. Catal. 1990, 124, 441-450 10.1016/0021-9517(90)90191-L
31. Sauer, J.; Sierka, M. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1470-1493 10.1002/1096-987X(200012)21:16<1470::AID-JCC5>3.0.CO;2-L
32. Sandré, E.; Payne, M. C.; Gale, J. D. Chem. Commun. 1998, 22, 2445-2446 10.1039/a806437g
33. Olsbye, U.; Svelle, S.; Bjørgen, M.; Beato, P.; Janssens, T. V. W.; Joensen, F.; Bordiga, S.; Lillerud, K. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 5810-5831 10.1002/anie.201103657
34. Klimeš, J.; Bowler, D. R.; Michaelides, A. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 022201 10.1088/0953-8984/22/2/022201
35. Klimeš, J.; Bowler, D. R.; Michaelides, A. Phys. Rev. B 2011, 83, 195131 10.1103/PhysRevB.83.195131
36. Chu, Y. Y.; Han, B.; Zheng, A. M.; Deng, F. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 12687-12695 10.1021/jp302960w
37. Gounder, R.; Iglesia, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1958-1971 10.1021/ja808292c
38. Yang, L.; Trafford, K.; Kresnawahjuesa, O.; Šepa, J.; Gorte, R. J.; White, D. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1935-1942 10.1021/jp002964i
39. Foster, A. J.; Jae, J.; Cheng, Y. T.; Huber, G. W.; Lobo, R. F. Appl. Catal., A 2012, 423-424, 154-161 10.1016/j.apcata.2012.02.030
40. Kim, K.; Ryoo, R.; Jang, H.-D.; Choi, M. J. Catal. 2012, 288, 115-123 10.1016/j.jcat.2012.01.009
41. Bahn, S. R.; Jacobsen, K. W. Comput. Sci. Eng. 2002, 4, 56-66 10.1109/5992.998641
42. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50 10.1016/0927-0256(96)00008-0
43. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1993, 47, 558-561 10.1103/PhysRevB.47.558
44. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953-17979 10.1103/PhysRevB.50.17953
45. Baerlocher, Ch.; McCusker, L. B. Database of Zeolite Structures. Available via the Internet at: http://www.iza-structure.org/databases/ (accessed Feb. 11, 2016).
46. Ghorbanpour, A.; Rimer, J. D.; Grabow, L. C. Catal. Commun. 2014, 52, 98-102 10.1016/j.catcom.2014.04.005
47. Brogaard, R. Y.; Weckhuysen, B. M.; Nørskov, J. K. J. Catal. 2013, 300, 235-241 10.1016/j.jcat.2013.01.009
48. Piccini, G.; Sauer, J. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 5038-5045 10.1021/ct4005504
49. Bucko, T.; Hafner, J. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 384201 10.1088/0953-8984/22/38/384201
50. Henkelman, G.; Uberuaga, B. P.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9901-9904 10.1063/1.1329672
51. Kim, C. W.; Heo, N. H.; Seff, K. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 24823-24838 10.1021/jp208246q
52. Sklenak, S.; Dědeček, J.; Li, C.; Wichterlová, B.; Gábová, V.; Sierka, M.; Sauer, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 1237-1247 10.1039/B807755J
53. Perea, D. E.; Arslan, I.; Liu, J.; Ristanović, Z.; Kovarik, L.; Arey, B. W.; Lercher, J. A.; Bare, S. R.; Weckhuysen, B. M. Nat. Commun. 2015, 6, 1-8 10.1038/ncomms8589
54. Ivanova, S.; Vanhaecke, E.; Louis, B.; Libs, S.; Ledoux, M.-J.; Rigolet, S.; Marichal, C.; Pham, C.; Luck, F.; Pham-Huu, C. ChemSusChem 2008, 1, 851-857 10.1002/cssc.200800024
55. Rownaghi, A. A.; Rezaei, F.; Stante, M.; Hedlund, J. Appl. Catal., B 2012, 119-120, 56-61 10.1016/j.apcatb.2012.02.017
56. Xu, M. T.; Lunsford, J. H.; Goodman, D. W.; Bhattacharyya, A. Appl. Catal., A 1997, 149, 289-301 10.1016/S0926-860X(96)00275-X
57. Jones, A. J.; Carr, R. T.; Zones, S. I.; Iglesia, E. J. Catal. 2014, 312, 58-68 10.1016/j.jcat.2014.01.007
58. Göltl, F.; Sautet, P. J. Chem. Phys. 2014, 140, 154105 10.1063/1.4871085
59. Nguyen, C. M.; Reyniers, M.-F.; Marin, G. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9481-9493 10.1039/c000503g
60. Brogaard, R. Y.; Moses, P. G.; Nørskov, J. K. Catal. Lett. 2012, 142, 1057-1060 10.1007/s10562-012-0870-9
61. Wellendorff, J.; Lundgaard, K. T.; Møgelhøj, A.; Petzold, V.; Landis, D. D.; Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2012, 85, 235149 10.1103/PhysRevB.85.235149
62. Brogaard, R. Y.; Henry, R.; Schuurman, Y.; Medford, A. J.; Moses, P. G.; Beato, P.; Svelle, S.; Nørskov, J. K.; Olsbye, U. J. Catal. 2014, 314, 159-169 10.1016/j.jcat.2014.04.006
63. Mlinar, A. N.; Zimmerman, P. M.; Celik, F. E.; Head-Gordon, M.; Bell, A. T. J. Catal. 2012, 288, 65-73 10.1016/j.jcat.2012.01.002
64. Wang, M.; Xia, Y.; Zhao, L.; Song, C.; Peng, L.; Guo, X.; Xue, N.; Ding, W. J. Catal. 2014, 319, 150-154 10.1016/j.jcat.2014.08.008
65. Lee, K.; Murray, É. D.; Kong, L.; Lundqvist, B. I.; Langreth, D. C. Phys. Rev. B 2010, 82, 081101 10.1103/PhysRevB.82.081101
66. Ghorbanpour, A.; Gumidyala, A.; Grabow, L. C.; Crossley, S. P.; Rimer, J. D. ACS Nano 2015, 9, 4006-4016 10.1021/acsnano.5b01308
67. Althoff, R.; Schulz-Dobrick, B.; Schüth, F.; Unger, K. Microporous Mater. 1993, 1, 207-218 10.1016/0927-6513(93)80079-A
68. Farneth, W. E.; Gorte, R. J. Chem. Rev. 1995, 95, 615-635 10.1021/cr00035a007
69. Gorte, R. J. Catal. Lett. 1999, 62, 1-13 10.1023/A:1019010013989
70. Barzetti, T.; Selli, E.; Moscotti, D.; Forni, L. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 1401-1407 10.1039/ft9969201401
71. Corma, A.; Fornés, V.; Forni, L.; Márquez, F.; Martínez-Triguero, J.; Moscotti, D. J. Catal. 1998, 179, 451-458 10.1006/jcat.1998.2233
72. Arce-Ramos, J. M.; Grabow, L. C.; Handy, B. E.; Cardenas-Galindo, M. G. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 15150-15159 10.1021/acs.jpcc.5b02394
73. Brändle, M.; Sauer, J. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1556-1570 10.1021/ja9729037
74. Chatterjee, A.; Bhattacharya, D.; Chatterjee, M.; Iwasaki, T. Microporous Mesoporous Mater. 1999, 32, 189-198 10.1016/S1387-1811(99)00106-7
75. Ivanova Shor, E. A.; Shor, A. M.; Nasluzov, V. A.; Vayssilov, G. N.; Rösch, N. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 459-471 10.1021/ct049910n
76. Jones, A. J.; Iglesia, E. ACS Catal. 2015, 5, 5741-5755 10.1021/acscatal.5b01133
77. Jin, Y. J.; Asaoka, S.; Zhang, S. D.; Li, P.; Zhao, S. L. Fuel Process. Technol. 2013, 115, 34-41 10.1016/j.fuproc.2013.03.047
78. Wang, C.-M.; Brogaard, R. Y.; Xie, Z. K.; Studt, F. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 2814-2820 10.1039/C4CY01692K
79. Wang, C.-M.; Brogaard, R. Y.; Weckhuysen, B. M.; Nørskov, J. K.; Studt, F. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1516-1521 10.1021/jz500482z