科學家制備出新型硅酸鹽沸石分子篩ZMQ-1
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學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的研究團隊，在新型沸石分子篩合成領域取得了突破性進展。這種分子篩具有原子級有序且相互連接的介孔通道，為分子篩材料領域的發(fā)展提供了新的思路和方向。
沸石分子篩是一種微孔結(jié)晶材料，因其具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、較強的酸性和高的水熱穩(wěn)定性，在催化、吸附和離子交換等領域中發(fā)揮著重要作用。然而，傳統(tǒng)沸石分子篩的微孔尺寸通常小于2納米，這一特性限制了其在處理更大尺寸分子過程中的應用。因此，開發(fā)出具有更大孔徑尺寸的沸石分子篩一直是該領域科學家們夢寐以求的目標。
研究團隊設計并合成了一種雙季磷陽離子作為有機結(jié)構(gòu)導向劑和模板劑。通過利用結(jié)構(gòu)導向和空間填充的雙重作用，研究團隊首次實現(xiàn)了本征介孔與微孔在原子層面的完美連接，成功制備出了ZMQ-1沸石分子篩。
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)的尺寸達到了22.32×11.84 Å，這一尺寸已成功邁入介孔范疇，意味著大分子可以輕松通過。此外，ZMQ-1分子篩還展現(xiàn)出高的熱和水熱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及豐富的酸性催化位點。這些特性使得ZMQ-1在重油催化裂化反應中表現(xiàn)出對輕質(zhì)燃料(如汽油和柴油)較高的選擇性，并且產(chǎn)生的焦炭、液化石油氣和干氣等產(chǎn)物也較少。
為了解析ZMQ-1分子篩的復雜結(jié)構(gòu)，研究團隊與斯德哥爾摩大學的鄒曉冬教授合作，利用了一系列先進的表征技術(shù)，包括三維旋轉(zhuǎn)電子衍射電鏡、X射線粉末衍射、積分差分相位襯度成像透射電鏡以及固體核磁共振技術(shù)。這些技術(shù)不僅成功解析了ZMQ-1的結(jié)構(gòu)，還進一步證實了其獨特的介孔結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學性質(zhì)。
ZMQ-1的成功制備為分子篩材料領域的發(fā)展提供了新的思路和方向。其獨特的介孔結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學性質(zhì)有望在大尺寸分子催化轉(zhuǎn)化和吸附分離工業(yè)應用中發(fā)揮重要作用。此外，該材料在精細化學品生產(chǎn)和氣體吸附存儲等領域也有廣闊的應用前景，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以減少能源浪費和環(huán)境污染。
在“雙碳”背景下，ZMQ-1分子篩的發(fā)展和應用將為石油化工、煤化工和精細化工的產(chǎn)業(yè)升級提供契機。這一研究成果不僅展示了科學家們在分子篩材料領域的創(chuàng)新能力和研究實力，也為未來的科學研究和技術(shù)應用提供了新的啟示和借鑒。
相關研究成果以A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel為題，在線發(fā)表在《自然》(Nature)上。
參考來源： 青島生物能源與過程研究所
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