在化學世界里，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、能源和環保等多個領域發揮著重要作用。但傳統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，中國科學院青島生物能源與過程研究所科研團隊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12月12日在國際學術期刊《自然》發表。
一種結構穩定的本征介孔沸石分子篩用于重油高效轉化 青島能源所供圖
青島能源所副研究員盧鵬和教授Valentin Valtchev帶領的團隊采用創新的合成策略，設計并合成了一種雙季磷陽離子作為有機結構導向劑，制備出了具有28×10×10元環構成的三維孔道系統的ZMQ-1分子篩。他們通過與斯德哥爾摩大學的鄒曉冬教授合作，利用一系列先進的表征技術，包括三維旋轉電子衍射電鏡、X射線粉末衍射等，研究團隊成功解析了ZMQ-1的復雜結構。該分子篩的28元環尺寸達到了22.32×11.84?，已成功達到介孔尺寸范疇，可以讓大分子輕松通過。
據介紹，ZMQ-1分子篩展現出高的熱和水熱結構穩定性，可分別達800℃和1000℃，以及豐富的酸性催化位點。在重油催化裂化反應中，與現有商業化分子篩催化劑相比，ZMQ-1表現出對輕質燃料較高的選擇性，并且產生的焦炭、液化石油氣和干氣等產物也較少。
這一新型沸石分子篩的成功制備，為分子篩材料領域的發展提供了新的思路和方向，其獨特的介孔結構和穩定的化學性質，意味著ZMQ-1可以在化學工業中處理更大的分子，比如在重質原油高值化利用生產乙烯、丙烯和丁烯等低碳烯烴、柴油及航空煤油等，或生物油及生物質催化轉化生產生物柴油、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，該材料將在精細化學品生產和氣體吸附存儲等領域展現出廣闊的應用前景。這不僅可以提高生產效率，還可以減少能源浪費和環境污染。在節能降耗減碳的“雙碳”背景下，該新型沸石分子篩材料的發展和應用，將為石油化工、煤化工和精細化工過程產業升級提供契機。
論文相關信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08206-1
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