我所利用三维电子衍射技术解析全新超大孔磷铝分子筛

近日，我所低碳催化与工程研究部（DNL12）郭鹏研究员、刘中民院士团队基于对分子筛结构与合成的理解，使用商业化模板剂合成了一种稳定的全新超大孔磷铝分子筛DNL-11，并利用三维电子衍射技术直接解析出DNL-11的晶体结构。

磷铝分子筛是由磷氧四面体和铝氧四面体共氧顶点相互连接组成的具有规则孔道或者笼状结构的磷铝酸盐材料。这类材料不仅是磷酸硅铝（SAPO）分子筛和金属磷酸铝（MeAPO）分子筛进一步研究的基础，也是重要的催化剂载体和吸附剂。磷铝分子筛的性能与其晶体结构密切相关。通常，分子筛的晶体尺寸属于亚微米甚至纳米级别，传统的X-射线单晶衍射法难以进行精确的结构分析，这在一定程度上限制了分子筛的发展。郭鹏和刘中民团队一直聚焦电子晶体学（包括三维电子衍射和高分辨成像技术）和X-射线粉末晶体学，针对纳米晶态多孔材料的结构解析（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Nat. Commun.，2023；Chem. Soc. Rev.，2024）、基于结构表征辅助的分子筛合成方法的开发（J. Am. Chem. Soc.，2023）、分子筛中的构-效关系（J. Am. Chem. Soc.，2023；Chem. Sci.，2021）开展了系统性的研究工作。

本工作中，研究人员通过上述先进表征手段理解已知分子筛中结构导向剂的作用机制，并应用于分子筛的设计合成过程。团队通过使用商业化结构导向剂，合成了一种全新拓扑结构的分子筛，命名为“DNL-11”。进一步团队利用三维电子衍射技术与PXRD精修技术对DNL-11进行结构解析与精修，直接确定了DNL-11的晶体结构，以及结构导向剂的落位。研究发现，DNL-11拥有一维的16元环超大孔道，其中结构导向剂以两列交叉的形式排列，并通过π-π堆积作用力进行超分子组装；所有结构导向剂均质子化，并与骨架上的氧原子发生相互作用。此外，团队还证明DNL-11能够在高达1000℃的温度下保持结构稳定，并且在极低湿度环境（湿度=5%）中展现出良好的水吸附性能。

相关研究成果以“Unraveling a Stable 16-Ring Aluminophosphate DNL-11 through Three-Dimensional Electron Diffraction for Atmospheric Water Harvesting”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的第一作者是我所DNL1210组博士研究生乜晨阳，理论计算部分得到了我所李国辉研究员和廖晨依副研究员的支持。该成果得到国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 乜晨阳、郭鹏）

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01393

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