在化學(xué)世界里，有一種叫做“沸石分子篩”的材料，利用其微小的孔洞，能夠精確地篩選出我們需要的分子，在化工、能源和環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但傳統(tǒng)沸石分子篩的微孔尺寸均小于2納米，無法處理大尺寸大分子。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所的科研團(tuán)隊(duì)成功合成了一種全新的沸石分子篩—ZMQ-1(青能所分子篩材料1號)，解決了上述問題，這一成果于2024年12月12日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
盧鵬副研究員和Valentin Valtchev教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)采用創(chuàng)新的合成策略，設(shè)計(jì)并合成了一種雙季磷陽離子作為有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，制備出了具有28×10×10元環(huán)構(gòu)成的三維孔道系統(tǒng)的ZMQ-1分子篩。通過與斯德哥爾摩大學(xué)的鄒曉冬教授合作，利用一系列先進(jìn)的表征技術(shù)，包括三維旋轉(zhuǎn)電子衍射電鏡、X射線粉末衍射等，研究團(tuán)隊(duì)成功解析了ZMQ-1的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該分子篩的28元環(huán)尺寸達(dá)到了22.32×11.84Å，已成功達(dá)到介孔尺寸范疇，可以讓大分子輕松通過。
ZMQ-1分子篩展現(xiàn)出高的熱和水熱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(可分別達(dá)800℃和1000℃)，以及豐富的酸性催化位點(diǎn)。在重油催化裂化反應(yīng)中，與現(xiàn)有商業(yè)化分子篩催化劑相比，ZMQ-1表現(xiàn)出對輕質(zhì)燃料較高的選擇性(汽油和柴油總選擇性>80%)，并且產(chǎn)生的焦炭、液化石油氣和干氣等產(chǎn)物也較少。這一新型沸石分子篩的成功制備，為分子篩材料領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和方向，其獨(dú)特的介孔結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，意味著ZMQ-1可以在化學(xué)工業(yè)中處理更大的分子，比如在重質(zhì)原油高值化利用生產(chǎn)低碳烯烴(乙烯、丙烯和丁烯)、柴油及航空煤油等，或生物油及生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化生產(chǎn)生物柴油、高附加值功能性糖、醛及醇等重要平臺化合物的過程中。此外，該材料將在精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)和氣體吸附存儲等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。這不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以減少能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。在節(jié)能降耗減碳的“雙碳”背景下，該新型沸石分子篩材料的發(fā)展和應(yīng)用，將為石油化工、煤化工和精細(xì)化工過程產(chǎn)業(yè)升級提供契機(jī)。
