能夠加工大分子的具有超大孔和納米尺寸的穩(wěn)定沸石需求量很大，但很難生產(chǎn)。它們復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和納米級(jí)晶體尺寸給使用傳統(tǒng)x射線衍射技術(shù)進(jìn)行分析帶來了挑戰(zhàn)，導(dǎo)致材料開發(fā)效率低下。

2025年6月26日，南京大學(xué)黎建、香港理工大學(xué)林聰、中石化石油化工科學(xué)研究院林偉共同通訊在Science在線發(fā)表題為“Accelerated discovery of stable, extra-large-pore nano zeolites with micro-electron diffraction”的研究論文，該研究報(bào)道了NJU120-1和NJU120-2，這兩種堅(jiān)固且完全連接的鋁硅酸鹽納米沸石具有相互連接的通道系統(tǒng)，具有超大的22個(gè)環(huán)孔。

NJU120-1是一種厚度僅為8納米左右的納米片，相當(dāng)于1.5個(gè)晶胞，NJU120-2是一種尺寸為50×250納米的納米棒。通過MicroED的快速結(jié)構(gòu)測(cè)定，大大加速了它們的合成優(yōu)化，揭示了它們的多維孔結(jié)構(gòu)。它們非常大的最大自由球直徑約為1.2納米，再加上納米形態(tài)，使大分子能夠催化裂解。

沸石是一種晶體微孔材料，其表面裝飾有可控的酸中心，用于尺寸和形狀選擇性催化。分子通過擴(kuò)散進(jìn)入和離開發(fā)生吸附和反應(yīng)的內(nèi)部密閉空間，對(duì)其功能至關(guān)重要，并由其孔徑和傳質(zhì)長(zhǎng)度決定。然而，目前的工業(yè)沸石通常是較大的晶體塊，并且具有孔徑<1nm的微孔。這些性質(zhì)阻礙了反應(yīng)物和產(chǎn)物的分子擴(kuò)散，并經(jīng)常導(dǎo)致快速焦化和不希望的副反應(yīng)。

為了克服這些挑戰(zhàn)，納米級(jí)或超大孔（ELP）沸石的合成提供了有前景的方法。與塊狀分子篩相比，納米沸石，特別是納米片分子篩，具有更短的擴(kuò)散路徑，并且具有暴露活性位點(diǎn)的可接近外表面比例增加，這增強(qiáng)了傳質(zhì)。它們通常是通過剝離層狀沸石、使用模板結(jié)晶、引入介孔和使用添加劑輔助合成等策略制成的。遺憾的是，這些方法需要昂貴的表面活性劑、專門設(shè)計(jì)的具有長(zhǎng)鏈烷基的有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑（OSDA），以及溶脹、柱撐和分層等復(fù)雜過程，這使得它們?cè)诠I(yè)上的使用成本過高。

NJU120-1和NJU120-2的鑒定和結(jié)構(gòu)（圖源自Science）

該研究報(bào)道了兩例具有22元環(huán)超大孔道結(jié)構(gòu)且高度穩(wěn)定的硅鋁酸鹽納米沸石NJU120-1和NJU120-2，其合成優(yōu)化和結(jié)構(gòu)解析過程通過MicroED得到加速優(yōu)化和精確確定。NJU120-1和NJU120-2分別為具有三維22 × 10 × 10元環(huán)孔道結(jié)的納米片和三維22 × 12 × 10元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)的納米棒，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔道尺寸和LFS直徑超過絕大部分已知沸石，并在FCC反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。該工作不僅為新型超大孔沸石的創(chuàng)制提供了新的思路和方法，也為高性能催化材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

參考信息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv5073