沸石分子篩是微孔結晶材料，在化工、能源、環保等領域應用廣泛。傳統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客體分子擇型催化和吸附分離的關鍵，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用。開發出具有更大孔徑尺寸的沸石分子篩是科學家的目標。
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，且對分子篩的結晶度、酸強度和結構穩定性產生削弱。前期，有研究通過引入表面活性劑或有機模板劑實現了含本征介孔的分子篩材料的合成，但這些材料均為非結晶組成或結構穩定性差，無法滿足苛刻的實際工業生產條件要求。
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。
該團隊設計并合成了雙季磷陽離子作為有機結構導向劑和模版劑，利用結構導向和空間填充雙重作用，首次實現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。該團隊與瑞典斯德哥爾摩大學教授鄒曉冬合作，結合先進的三維旋轉電子衍射電鏡技術、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，解析了這一分子篩的復雜結構。研究發現，ZMQ-1分子篩擁有由28×10×10元環構成的三維孔道系統。其中，28元環的尺寸達到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定性和水熱穩定性、豐富的中強B酸位點且分子篩骨架硅鋁比可調。在重油催化裂化反應中，與商業化沸石分子篩催化劑相比，含磷ZMQ-1沸石分子篩表現出對輕質燃料較高的選擇性，且產生的焦炭、液化石油氣和干氣等產物較少。
ZMQ-1分子篩是目前已知的首例通過全合成方法制備的結構穩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，為分子篩材料領域的發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構和穩定的化學性質有望在大尺寸分子催化轉化和吸附分離工業應用中發揮重要作用。
相關研究成果以A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel為題，在線發表在《自然》（Nature）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
論文鏈接
ZMQ-1沸石分子篩的結構和iDPC-STEM圖像
ZMQ-1與商業化沸石分子篩上的重油催化裂化反應結果
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