新型沸石分子筛合成领域取得突破性进展

在化学世界里，有一种叫做“沸石分子筛”的材料，利用其微小的孔洞，能够精确地筛选出我们需要的分子，在化工、能源和环保等多个领域发挥着重要作用。但传统沸石分子筛的微孔尺寸均小于2纳米，无法处理大尺寸大分子。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所科研团队成功合成了一种全新的沸石分子筛—ZMQ-1（青能所分子筛材料1号），解决了上述问题，这一成果于12月12日在国际学术期刊《自然》发表。

一种结构稳定的本征介孔沸石分子筛用于重油高效转化    青岛能源所供图

青岛能源所副研究员卢鹏和教授Valentin Valtchev带领的团队采用创新的合成策略，设计并合成了一种双季磷阳离子作为有机结构导向剂，制备出了具有28×10×10元环构成的三维孔道系统的ZMQ-1分子筛。他们通过与斯德哥尔摩大学的邹晓冬教授合作，利用一系列先进的表征技术，包括三维旋转电子衍射电镜、X射线粉末衍射等，研究团队成功解析了ZMQ-1的复杂结构。该分子筛的28元环尺寸达到了22.32×11.84?，已成功达到介孔尺寸范畴，可以让大分子轻松通过。

据介绍，ZMQ-1分子筛展现出高的热和水热结构稳定性，可分别达800℃和1000℃，以及丰富的酸性催化位点。在重油催化裂化反应中，与现有商业化分子筛催化剂相比，ZMQ-1表现出对轻质燃料较高的选择性，并且产生的焦炭、液化石油气和干气等产物也较少。

这一新型沸石分子筛的成功制备，为分子筛材料领域的发展提供了新的思路和方向，其独特的介孔结构和稳定的化学性质，意味着ZMQ-1可以在化学工业中处理更大的分子，比如在重质原油高值化利用生产乙烯、丙烯和丁烯等低碳烯烃、柴油及航空煤油等，或生物油及生物质催化转化生产生物柴油、高附加值功能性糖、醛及醇等重要平台化合物的过程中。

此外，该材料将在精细化学品生产和气体吸附存储等领域展现出广阔的应用前景。这不仅可以提高生产效率，还可以减少能源浪费和环境污染。在节能降耗减碳的“双碳”背景下，该新型沸石分子筛材料的发展和应用，将为石油化工、煤化工和精细化工过程产业升级提供契机。

论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08206-1