Science！在分子筛创制领域取得新成果

先进材料的创制及其构效关系的阐明，是推动化学、材料、物理等基础学科发展的关键。沸石（zeolite）作为典型的多孔材料，因其均匀稳定的孔道结构、可调的活性中心、高比表面积等特性而在绿色催化、吸附分离、离子交换等领域中广泛应用，并多次引领化工、能源、环境等领域的变革。然而，传统沸石在处理大分子底物时，常因其较大的晶粒尺寸和较小的微孔（<1 nm）而面临传质受阻和积碳等副反应挑战。因此，创制具有新型结构和超大孔道的纳米沸石，成为克服这些瓶颈的有效策略。尽管需求迫切，但目前相关研究报道还非常少，主要原因在于这类沸石的设计合成十分困难，且难以制备高质量的单晶样品以开展高效的结构分析（沸石的结构分析仍主要依赖于多晶粉末样品），这为其合成纯化和结构解析带来了巨大挑战。因此，突破晶体尺寸和样品纯度的限制，对于新型结构沸石的创制和结构研究具有重要意义。

近日，南京大学黎建团队联合香港理工大学林聪团队与中石化石油化工科学研究院林伟团队共同报道了两例全新的硅铝酸盐沸石NJU120-1和NJU120-2，它们均展现出较高的Si/Al比、全连接的骨架结构以及优异的热稳定性和水热稳定性。其中，NJU120-1是一种具有三维22 × 10 × 10元环孔道结构和晶胞级厚度的纳米片，而NJU120-2是一种具有三维22 × 12 × 10元环孔道结构的纳米棒，其结构中包含尺寸接近2 nm的超笼。值得注意的是，NJU120-1和NJU120-2的22元环孔道尺寸超过了此前报道的多种超大孔沸石（包括ZEO-1、ZEO-3和ZEO-5），并在催化裂化（FCC）反应中展现出优异的重油转化率和轻质燃料（汽油、柴油和液化石油气）选择性，其性能均媲美甚至超越现有的超大孔沸石和工业沸石。相关研究成果以“Accelerated discovery of stable, extra-large-pore nano zeolites with micro-electron diffraction”为题，已于6月27日在线发表于国际顶级学术期刊《Science》杂志上。

合成与结构

由于所得混合物的PXRD（粉末X射线衍射）图谱复杂，研究团队采用高通量微晶电子衍射技术（MicroED）进行快速物相识别与结构解析，结果表明，NJU120-1和NJU120-2分别具有正交晶胞（空间群：Imma，晶胞参数：a = 19.040(4) Å, b = 20.560(4) Å, c = 40.910(8) Å）和单斜晶胞（空间群：P21/n，晶胞参数：a = 12.860(3) Å, b = 26.457(5) Å, c = 28.927(6) Å, and β = 98.28(3)°），其骨架结构中所有的T和O原子位置通过SHELXLT和SHELXL软件成功确定和精修，NJU120-1和NJU120-2结构模型随后通过同步辐射XRD的结构精修得到了进一步验证，并获得了更为准确的结构信息，包括有机模板剂的位置和数量等。

图1. NJU120-1和NJU120-2的结构解析与孔道结构。图片来源：Science

本研究报道了两例具有22元环超大孔道结构且高度稳定的硅铝酸盐纳米沸石NJU120-1和NJU120-2，其合成优化和结构解析过程通过MicroED得到加速优化和精确确定。NJU120-1和NJU120-2分别为具有三维22 × 10 × 10元环孔道结的纳米片和三维22 × 12 × 10元环孔道结构的纳米棒，其结构复杂、孔道尺寸和LFS直径超过绝大部分已知沸石，并在FCC反应中表现出优异的催化性能。该工作不仅为新型超大孔沸石的创制提供了新的思路和方法，也为高性能催化材料的设计与应用奠定了基础。

Accelerated discovery of stable, extra-large-pore nano zeolites with micro-electron diffraction

Chao Ma†, Zhenghan Zhang†, Mengdi Zhang†, Xudong Tian, Cong Lin*, Lei Han, Guangchao Li, Tsz Woon Benedict Lo, Ka-Fu Yung, Haitao Song, Wei Lin*, Miguel A. Camblor, Le Xu, Jian Li*

Science2025, 388(6754), 1389-1395, DOI: 10.1126/science.adv5073.

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