上海交大Angew. Chem.：2D有序介孔结构的MFI型沸石问世

【引言】

沸石是一种重要的催化剂，常用于石化产品以及精细化学品的生产。但是，单一的小孔径分布（0.4–1.2 nm）限制了它的应用范围，尤其是大分子的运输。而有序介孔结构有利于实现高效的物质输送，也利于提高大分子的形状选择性，进而可以拓宽沸石结构的应用领域。过去的十年时间，研究人员已经制备了多种分级的多孔沸石。但是，高度有序介孔沸石的成功制备仍然很少，原因可能是模板分子与沸石框架结构之间的协作有效的自主组织无法很好地实现。目前，已有几篇关于1D介孔片状沸石的研究报道，但是当表面活性剂移除后，沸石结构就会坍塌，而关于2D或者3D有序介孔沸石，目前仅有一篇关于2D六方介孔沸石的报道。

【成果简介】

近日，上海交通大学的车顺爱教授和韩璐研究员（通讯作者）等利用模板法，引入特殊的基团，制备了2D有序介孔MFI型沸石（OMMZ），该研究成果以“A Hierarchical MFI Zeolite with a Two-Dimensional Square Mesostructure”为题发表在Angew. Chem.上。研究人员在模板分子的疏水末端引入偶氮苯，在疏水前端引入双季铵基团，基于π-π结合作用，自组装形成圆柱状的装配单元。此外，疏水中心分布的阳离子基团利于稳定结构以及表面活性剂组装体与沸石框架之间的匹配。最终在上述作用下，引导形成了2D有序介孔的MFI型沸石。

【图文导读】

图1不同介孔结构的示意图

不同空间排列的表面活性剂形成的不同介孔结构示意图：

（a）1D片状结构；

（b）2D方形圆柱状结构

图2 OMMZ的孔结构和形貌特征

（a）小角XRD图谱；

（b）普通XRD图谱；

（c）SEM图片，表明OMMZ具有八面体形貌结构；

（d-f）不同角度观察到不同大小OMMZ的SEM图片（插图：对应的八面体、纵横比为1:1以及纵横比为1.3:1的OMMZ结构模型图）

（g）N₂吸附-脱附等温曲线；

（h）孔径分布曲线。

图3 OMMZ的结构分析

（a）沿着c轴观察得到的低放大倍数的TEM图片；

（b）图c中晶体对应的SAED图片；

（c）沿着c轴观察得到的高放大倍数的TEM图片；

（d）沿着c轴观察得到的HRTEM图片；

（e）图d中红色区域对应的介孔结构可能的连接模型；

（f）沿着a/b轴观察得到的低放大倍数的TEM图片；

（g）图h中晶体对应的SAED图片；

（h）沿着a/b轴观察得到的高放大倍数的TEM图片；

（i）图h中TEM图片的区域放大图；

（j）图i中红色区域对应的预测结构模型。

图4重构的3D倒易晶格和对应的OMMZ框架结构

（a,c）分别沿着hk0和h0l/0kl晶面的二维截面；

（b,d）分别沿着c轴和a/b轴观察的结构模型。

【小结】

本文中，研究人员通过在表面活性剂疏水末端引入偶氮苯，在疏水前端引入双季铵基团，制备了高度有序介孔的MFI型沸石。表面活性剂的自组装、介孔结构和沸石框架之间的结构匹配是有序介孔沸石结构形成的关键因素。在表面活性剂疏水部分引入特殊的结合（比如π-π堆积、氢键结合、共价结合、配位键结合等），可以引导形成多种形貌的组装单元（圆柱形、圆形、多面体等），进而作为构建模块形成2D/3D介孔沸石结构。研究人员希望他们的发现可以提供一种设计自组装单元的新视角；并且可以用于直接合成新型的介孔沸石，使其应用在多个领域，比如催化、吸附以及分离。

文献链接：A Hierarchical MFI Zeolite with a Two-Dimensional Square Mesostructure（Angew. Chem., 2017, DOI: 10.1002/ange.201710748）

本文由材料人编辑部maggie编辑，刘宇龙审核，点我加入材料人编辑部。

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