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分子筛近期研究论文速览
更新日期:2016-02-05  

  1.  Chem. Soc. Rev.》:新型分子筛的合成研究综述 

  近年来,功能晶体材料的设计合成越来越引起了人们的广泛关注。最近,吉林大学于吉红教授和西班牙巴伦西亚理工大学Corma教授应邀在RSC的《化学会评论》期刊撰写了题为“Synthesis of new zeolite structures”的综述(Chem. Soc. Rev., 2015, DOI: 10.1039/C5CS00023H)。 

  分子筛是一种具有规则孔道或笼结构的无机晶体材料,是石油化工和精细化工中最重要的催化剂和吸附分离材料。自1940年人工合成分子筛以来,迄今国际分子筛协会收录的分子筛结构类型共计有230余种,其中人工合成分子筛170余种。新型分子筛的合成一直是分子筛领域关注的热点。

 

  该综述文章系统地总结了近十年来分子筛合成的最新研究进展,概括了近年来新分子筛合成的三条有效途径:采用预设计的有机结构导向剂、杂原子取代和拓扑结构转变,并详细介绍了利用这些合成策略所开发的具有独特结构特征(如手性孔道、奇数元环孔道、超大孔道、极复杂骨架拓扑等)的新分子筛结构。最后,该综述提出了分子筛合成的挑战及未来发展的新思路,为新型分子筛的合成提供了有意义的借鉴。 

  (来源:X-MOL化学平台 

    

  2.   两步干胶转化法合成MFI分子筛晶体内封装铂纳米粒子的高效选择加氢催化剂 

  将纳米金属粒子镶嵌于微孔分子筛晶体内部,使金属粒子受到分子筛骨架的限制而提高抗烧结性能,同时暴露特定和有限的表面位置,反应分子只能在分子筛孔道的限制下接触该活性金属位,从而产生不同于自由或传统负载纳米金属粒子的催化性能,并且分子筛的酸性和择形性还可与之耦合而产生复杂的催化作用,这些因素使得此类材料具有重要的理论与实际应用价值。但是,目前在分子筛晶体内直接合成尺度可调控的纳米金属粒子极为困难,因此设计新颖、简便的合成新路线成为研究热点。 

  南京大学丁维平课题组设计了一个独特的、可控性强的两步干胶转换合成法,即在微孔ZSM-5分子筛中构筑介孔并向其中引入铂金属纳米粒子,进而采用Silicalite-1硅凝胶包裹并进行二次蒸汽相晶化的复合路线,成功将Pt纳米粒子封装于MFI分子筛晶体内部注:MFI是一种结构类型代码,典型的材料是ZSM-5,同构体是Silicalite-1。特征结构单元式由8个五元环组成的单元,具有D2d对称性。ZSM-5骨架中含有两种相互交叉的孔道体系,形成三维骨架结构)。 

  封装在MFI分子筛晶体内部的Pt纳米粒子在经过一氧化碳氧化的高温催化测试后仍然能够保持原始尺寸,具有非常高的热稳定性。由于MFI分子筛特有的择形性,该催化剂还具有非常好的尺寸选择性加氢性能。同时,Pt@MFI分子筛对于4-硝基苯乙烯也具有非常高的加氢选择性,而常规浸渍法制备的Pt/ZSM-5在同样的反应条件下则完全没有任何选择性。因此,这类被封装于晶体内部的Pt纳米粒子可能在一些新的催化反应中带来更多机遇。相关研究成果以Platinum Nanoparticles Encapsulated in MFI Zeolite Crystals by a Two-Step Dry Gel Conversion Method as a Highly Selective Hydrogenation Catalyst为题发表在2015116日出版的《ACS Catalysis》上(DOI: 10.1021/acscatal.5b01823)。 

  (来源:X-MOL化学平台 

    

  3.  合成“不可能”分子筛 

  分子筛是多孔的铝硅酸盐材料,在很多领域都有应用。不过,尽管理论模拟表明,存在上百万种可能的分子筛结构,但目前被证实的只有200多种结构,其中有50多种是纯硅材料。这一现象被称为分子筛难题。科学家们提出了一些说法,解释为何存在这么多无法合成的结构。 

  捷克科学院J. Heyrovsky物理化学研究所Ji?í ?ejka和圣安德鲁斯大学Russell E. Morris组成的联合研究团队成功合成两种“不可能”分子筛——IPC-9IPC-10。这些新型高硅分子筛具有一些特殊性质,如包含奇数个环。这些分子的成功合成为制备以前无法合成的分子开辟了道路。相关研究成果以Synthesis of 'unfeasible' zeolites为题发表在20161月出版的《自然·化学》期刊上(Nat. Chem., DOI: 10.1038/nchem.2374)。 

图来源:《Nature Chemistry》期刊

  相关阅读:物理学家组织网英文报道 

 

    4.   内部封装金属、表面富硅且壳壁层数可调的中空沸石的合成与应用研究 

  大连理工大学的郭新闻教授课题组与宾夕法尼亚州立大学的宋春山教授合作,使用晶内选择性刻蚀-表面二次晶化的方法,得到了一系列内部封装金属、表面富硅且壳壁层数可调的中空ZSM-5沸石分子筛材料,并研究了该材料的形成机理。研究成果发表于1222日出版的《先进功能材料》期刊上(Adv. Funct. Mater., 2015, DOI: 10.1002/adfm.201502980)。 

  研究结果表明,在使用四丙基氢氧化铵溶液后处理ZSM-5过程中,沸石内部的富硅部分被选择性的溶解,同时在外表面进行二次晶化。因此,本工作针对不同铝含量及分布的ZSM-5母体,通过调节处理条件,有效的降低了ZSM-5表面酸量所占的比例。与实心ZSM-5相比,在联苯和甲醇的甲基化反应中,中空ZSM-5同时提高了联苯的转化率和4-甲基联苯的选择性。根据中空ZSM-5的这一形成机理,本工作首次合成了具有双层结构的中空ZSM-5分子筛,并且可以选择性的将双金属(氧化物)颗粒、碳纳米管或金属有机化合物等客体材料封装于空腔内部,以便于研究限域情况下各种被封装材料的物理化学性质,为开发高性能多孔主客体先进功能材料打下了良好的基础。 

        (来源:X-MOL化学平台 

   

  5.   生物框架模板法定向构筑分子筛纳米管脚手架 

  吉林大学的徐雁教授及大连化物所的刘中民院士利用可再生的生物大分子自组装体(纤维素、壳聚糖、几丁质、淀粉等)为框架模板,通过定向晶化驱动离子迁移首次获得分子筛纳米管及以纳米管为次级结构基元的多级结构分子筛块体材料。纳米管交联贯通呈三维网络结构,称之分子筛纳米管脚手架(Zeolite Nanotube Scaffolds or ZNTS)。分子筛纳米管自发形成、管内径在30-90 nm范围内可调,纳米管管壁由分子筛单晶共生而成。方法具有普适性,为新型多级结构分子筛的可控构筑提供了新思路。纳米管形成后,大分子游离形成大分子@分子筛纳米管核-壳结构,使介观结构的高级构筑成为可能。 

  分子筛纳米管脚手架成自支撑块体,密度低(0.20.35 g cm-3)、孔隙率高(8092%),机械强度好、形状和尺寸易裁剪。微孔-介孔-大孔-纳米管形成通畅的分子走廊,降低了分子扩散阻力,大幅度提高催化性能。这种微孔-介孔-大孔-纳米管的连通孔道为功能客体固载、多功能材料的开发提供了新的选择。在多功能过滤材料领域有巨大拓展空间。相关研究成果以A bioscaffolding strategy for hierarchical zeolites with a nanotube-trimodal network为题发表在21日出版的《Chem. Sci.》期刊上(DOI: 10.1039/C5SC03837E)。 

  (来源:X-MOL化学平台 

    

  6.  Chem. Soc. Rev.》:沸石分子筛催化剂孔道构建综述 

  i-ChEM中心研究人员、复旦大学唐颐教授团队与中国石化上海石油化工研究院谢在库教授研究团队合作,在沸石分子筛的孔道控制方面进行了详细研究,近日在《Chem. Soc. Rev.》杂志上发表题目为Recent advances of pore system construction in zeolite-catalyzed chemical industry processes的综述文章(DOI: 10.1039/C5CS00626K)。 

  沸石分子筛催化剂的应用被认为是能源催化领域重大的成就之一。该文基于基本工业过程中沸石催化剂的孔道构筑及其催化作用行为分析,提出了不论在单模式孔道体系,包括FCC中的Y沸石(12R),二甲苯异构化中的ZSM-5沸石(10R)及烯烃制备中的SAPO-34分子筛(8R),还是在多模式孔道体系,包括烷基转换中的MCM-22 (12R侧袋+10R),以及C4烯烃裂解中的全结晶多级孔沸石材料中,沸石孔道体系的调制对新型工业催化剂和催化过程研发的关键作用和重要意义。 

  该综述对沸石孔道模式构建,特别是多级孔的设计进行了展望,并基于自身实践和认识对沸石孔道体系进行了分类整理、定义及理论分析,并根据沸石催化剂在实际反应中的作用行为,对沸石与沸石之间孔道的物理组合、化学组合、多层次孔之间的协同作用(大孔中孔微孔比例设计)进行了总结,文章结论对发展新的工业沸石催化剂提出了有益的建议。 

  (来源:能源材料化学协同创新中心i-ChEM