近日，中国科学院青岛生物能源与生物过程研究所（QIBEBT）研究团队开发出一种突破性的铝矽酸盐沸石ZMQ-1，成功解决了传统沸石在处理大尺寸分子时的孔径、稳定性与催化效率等限制，为石化产业的催化制程带来重大进展。该研究成果发表于《自然》（Nature）期刊，指出 ZMQ-1 是首个具备内在相互连接的 28 环中孔结构的铝矽酸盐沸石。
目錄
ZMQ-1 的创新结构与设计
沸石是含有水架状结构的铝矽酸盐矿物具有微孔结构的晶体材料，可以吸取或过滤其他物质的分子，所以又被称为「分子筛」（Molecular sieve），在离子交换、吸附与催化等领域有广泛应用。在日常生活中可以用作吸附剂和干燥剂、催化剂或助催化剂、洗涤剂、建筑材料等。然而，传统沸石的微孔尺寸小于 2 奈米，这使其在处理较大分子时受到限制。
过去，研究人员曾尝试透过酸碱蚀刻等后处理方式引入介孔（2～50 奈米）或大孔（>50 奈米），得到微孔、介孔、大孔复合的「多级孔」或「等级孔」分子筛材料，但这些后续引入孔通常尺寸不均，导致分子筛结晶度、结构稳定性及酸强度的降低，使其难以满足工业应用需求。
ZMQ-1 则突破了这一瓶颈，具备独特的交叉中微孔通道系统，由 28×10×10 元环构成，其 28 环中孔尺寸达 22.32×11.84 埃米，进入介孔范畴。研究团队利用三维电子衍射（3D ED）与扫描透射电子显微镜（STEM）技术对ZMQ-1 的结构进行分析，结果显示其28 环中孔透过10 环微孔窗口相互连接，形成高效的通道系统，使大分子与小分子均能顺利扩散，从而解决了传统沸石的扩散限制问题。
合成策略与稳定性提升
ZMQ-1 的成功合成归功于基于磷的有机结构导向剂（OSDA）。与传统铵基 OSDA 相比，磷基 OSDA 具有更强的正电荷与更高的稳定性，能够促进稳定的介孔框架形成。此外，ZMQ-1 的结晶透过可调整矽铝 (Si/Al) 比的水热合成来实现，使其在特定应用中可进行客制化。
彭璐教授表示：「ZMQ-1 是第一种具有内在中微孔通道系统的铝矽酸盐沸石。与过去去除有机模板后结构易受损的介孔材料不同，ZMQ-1 的28 环互连通道代表着沸石设计的重大突破。」
ZMQ-1 在催化应用中的优势
传统沸石在重油催化裂解过程中，因其微孔限制，较难有效处理大分子，而 ZMQ-1 则展现出优秀的催化性能。与商业化沸石催化剂相比，含磷的ZMQ-1 沸石在重油催化裂解反应中对轻质燃料（如汽油、柴油）表现出更高的选择性，且副产物如焦炭、液化石油气与干气的产生量较少。
此外，ZMQ-1 具备更高的热稳定性与水热稳定性，确保其在严苛的工业条件下仍能维持性能。这种独特的介孔结构与稳定的化学性质，使其在大尺寸分子催化转化、吸附分离等领域具有极大的应用潜力。
结论
ZMQ-1 作为一种新型铝矽酸盐沸石，其内在中微孔通道结构成功解决了传统沸石的孔径限制问题，并显示出优异的催化与稳定性能。此项技术的突破不仅将推动石化产业的催化制程发展也为重油裂解和绿色能源转换的应用创造了新的机会，亦为未来功能性沸石材料的设计与应用开启新的可能性。
参考文献:
- 突破性新型沸石分子筛，更高效将重油转为高价值燃料
- Breakthrough New Material Transforms Heavy Oil Into High-Value Fuels
- Peng Lu, Jiaoyan Xu, Yiqing Sun, Rémy Guillet-Nicolas, Tom Willhammar, Mohammad Fahda, Eddy Dib, Bo Wang, Zhengxing Qin, Hongyi Xu, Jung Cho, Zhaopeng Liu, Haijun Yu, Xiaobo Yang, Qiaolin Lang, Svetlana Mintova, Xiaodong Zou & Valentin Valtchev.(2024) A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel, Nature, 636, 368–373. DOI: 10.1038/s41586-024-08206-1
首图来源：《自然》期刊
研磨方面 我们提供客制化调整，可以依加工需求调整比例已达最高效率
欢迎跟我们联络，我们会有专人为您解答
如有需要订制报价也欢迎与我们联系
客服时间：周一至周五09：00~18：00
有想了解的题材或电话说不清楚的都欢迎私讯脸书~~
宏崴脸书：https://www.facebook.com/honwaygroup
您可能感兴趣的文章…
