沸石是一種多孔結構的結晶鋁硅酸鹽材料，傳統沸石分子篩的微孔尺寸通常在2至10埃（?）的范圍內，相當于直徑為0.2至1.0納米（nm）。比如X型和Y型沸石通常用于催化和吸附等應用，其微孔尺寸通常在7至10?之間。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，研究人員致力于開發出更大孔徑的沸石，比如介孔（孔徑在2-50納米之間）或大孔（孔徑大于50納米）尺寸，以期能助力石化行業處理較大的有機分子如長鏈烴類化合物，助力環保領域去除揮發性有機化合物（VOCs）、甲醛等有害物質，等等。

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——成功開發出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ZMQ-1，為分子篩材料領域的發展提供了新的思路和方向。12月11日，該研究成果以“A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel”為題，在線發表在《自然》（Nature）上。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08206-1

ZMQ-1沸石分子篩的結構和iDPC-STEM圖像

利用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。過往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。

該研究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。

含磷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，+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。

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