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)的團隊采用創(chuàng)新的合成策略，設(shè)計并合成了一種雙季磷陽離子作為有機結(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，研究團隊成功解析了ZMQ-1的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該分子篩的28元環(huán)尺寸達到了22.32×11.84Å，已成功達到介孔尺寸范疇，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800℃和1000℃)，以及豐富的酸性催化位點。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、煤化工和精細化工過程產(chǎn)業(yè)升級提供契機。
