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沸石分子篩是微孔結(jié)晶材料，在化工、能源、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)沸石分子篩孔徑尺寸通常小于1納米，這一特性使沸石分子篩成為實現(xiàn)客體分子擇型催化和吸附分離的關(guān)鍵，但這些微小的孔隙限制了沸石分子篩在處理更大尺寸大分子過程中的應(yīng)用。開發(fā)出具有更大孔徑尺寸的沸石分子篩是科學(xué)家的目標(biāo)。

酸堿刻蝕等后處理方式可以將介孔或大孔引入沸石分子篩中，得到微孔、介孔和大孔復(fù)合的“多級孔”或“等級孔”分子篩材料。而這些后引入孔通常尺寸不均一，且對分子篩的結(jié)晶度、酸強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生削弱。前期，有研究通過引入表面活性劑或有機(jī)模板劑實現(xiàn)了含本征介孔的分子篩材料的合成，但這些材料均為非結(jié)晶組成或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，無法滿足苛刻的實際工業(yè)生產(chǎn)條件要求。

近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員Valentin Valtchev和副研究員盧鵬帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，在新型沸石分子篩合成領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。

該團(tuán)隊設(shè)計并合成了雙季磷陽離子作為有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和模版劑，利用結(jié)構(gòu)導(dǎo)向和空間填充雙重作用，首次實現(xiàn)了本征介孔與微孔在原子層面的完美連接，制備出新型硅酸鹽沸石分子篩ZMQ-1。該團(tuán)隊與瑞典斯德哥爾摩大學(xué)教授鄒曉冬合作，結(jié)合先進(jìn)的三維旋轉(zhuǎn)電子衍射電鏡技術(shù)、X射線粉末衍射、積分差分相位襯度成像透射電鏡和固體核磁共振技術(shù)，解析了這一分子篩的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，ZMQ-1分子篩擁有由28×10×10元環(huán)構(gòu)成的三維孔道系統(tǒng)。其中，28元環(huán)的尺寸達(dá)到22.32×11.84?，這一尺寸已邁入介孔范疇。

ZMQ-1分子篩具有高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性、豐富的中強(qiáng)B酸位點且分子篩骨架硅鋁比可調(diào)。在重油催化裂化反應(yīng)中，與商業(yè)化沸石分子篩催化劑相比，含磷ZMQ-1沸石分子篩表現(xiàn)出對輕質(zhì)燃料較高的選擇性，且產(chǎn)生的焦炭、液化石油氣和干氣等產(chǎn)物較少。

ZMQ-1分子篩是目前已知的首例通過全合成方法制備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的本征介孔硅鋁酸鹽沸石分子篩。這一新型沸石分子篩的成功制備，為分子篩材料領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和方向。同時，新型沸石分子篩獨特的介孔結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)有望在大尺寸分子催化轉(zhuǎn)化和吸附分離工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

相關(guān)研究成果以A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel為題，在線發(fā)表在《自然》（Nature）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

ZMQ-1沸石分子篩的結(jié)構(gòu)和iDPC-STEM圖像

ZMQ-1與商業(yè)化沸石分子篩上的重油催化裂化反應(yīng)結(jié)果