科學(xué)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(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)的研究團隊，在新型沸石分子篩合成領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)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(yīng)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(lǐng)域科學(xué)家們夢寐以求的目標(biāo)。
研究團隊設(shè)計并合成了一種雙季磷陽離子作為有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和模板劑。通過利用結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(yīng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)，研究團隊與斯德哥爾摩大學(xué)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(xué)性質(zhì)。
ZMQ-1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。其獨特的介孔結(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。此外，該材料在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)和氣體吸附存儲等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)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(yīng)用將為石油化工、煤化工和精細(xì)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(xué)家們在分子篩材料領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和研究實力，也為未來的科學(xué)研究和技術(shù)應(yīng)用提供了新的啟示和借鑒。
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。
參考來源： 青島生物能源與過程研究所
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