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导读
近日，吉林大学于吉红院士团队开发的新型沸石分子筛JU-69（Jilin University, No. 69）经国际分子筛协会（International Zeolite Association）审定，正式被授予新拓扑结构代码-JSI。至此，团队累计拥有10种以吉林大学首字母“J”命名、获国际官方认证的分子筛拓扑结构，是近二十年间全球分子筛合成领域新拓扑结构创制成果最为突出的研究团队之一。
沸石分子筛是一类具备催化、吸附分离、离子交换功能的重要多孔材料，在石油化工、精细化工等领域具有广泛应用。沸石的研究起源于1756年，瑞典学者克朗斯特德在矿物观测中发现，部分矿物遇热会析出大量水汽，外观如同“沸腾的石头”，由此命名“沸石”。历经两百余年探索，目前全球已发现天然沸石40余种，人工合成沸石结构200余种，经国际分子筛协会认证的分子筛拓扑结构总计270种。各类分子筛所具有的多样孔道结构，赋予其对客体分子独特的形状选择性，是实现重要化工反应与高效分离的核心载体。在过去几十年，分子筛材料持续引领了能源、化工、环境等领域一系列里程碑式的技术革命。例如，超稳Y分子筛（FAU拓扑）应用于原油裂解，引发了“炼油工业技术革命”；钛硅分子筛TS-1（MFI拓扑）应用于丙烯环氧化工艺，促进了绿色化学与原子经济工艺的产生与发展，被誉为“绿色催化里程碑”。因此，开发全新拓扑结构分子筛，是拓展材料应用场景、带动相关产业技术升级的重要路径，也是分子筛领域长期以来的重点研究方向。
于吉红院士团队长期致力于分子筛材料的创制与功能应用研究。在国际上较早提出融合理论模拟、数据挖掘及高通量实验相结合的分子筛定向设计合成路线，探索分子筛晶化机理，开发系列高性能催化、吸附分离分子筛材料，自主创制10个具备自主知识产权的新型分子筛拓扑结构（图1）。2009年，团队开发的新型手性磷酸铝材料MAPO-CJ40被国际分子筛协会授予结构代码JRY，实现了我国分子筛新结构创制方面零的突破；2011年，团队构筑了完全由3元环搭建的开放骨架锗镓氧化物材料GaGeO-CJ63（JST），为分子筛骨架拓扑设计提供全新思路；2013年，团队研发出具有三维交叉11元环孔道的JU-64分子筛（JSR），丰富存量稀缺的纯奇数元环分子筛拓扑体系；2021年，团队开发磷系新型模板剂，成功合成全球首例结构稳定、具备三维16元环交叉超大孔道的硅酸铝分子筛ZEO-1（JZO），实现国际上三维稳定超大孔分子筛“从无到有”的突破；2023年，团队发现了一维到三维拓扑缩合构筑分子筛的新机制，合成出稳定三维超大孔纯硅分子筛ZEO-3（JZT），该方法被国际同行誉为“分子筛合成中的点击化学”；最新获批的JU-69分子筛（-JSI）拥有36元环孔道，孔径尺寸达19.5 Å × 25.2 Å，将传统沸石微孔孔径边界拓展至介孔区间，是分子筛孔道结构开发进程中的又一重要里程碑。
图1.我国科学家主导的分子筛结构发现历程
在深耕基础研究、创制新结构分子筛的同时，于吉红院士团队始终立足国家在能源、环境领域的重大需求，持续拓展分子筛材料在催化、吸附分离、储能、先进功能材料等领域的新应用。团队发展了高效分子筛纳米/多级孔催化材料及负载金属催化材料制备的新方法和新策略，所制备的催化材料用于高效催化甲醇制烯烃、生物质转化、产氢、丙烷脱氢等重要反应；拓展了分子筛多孔材料在储能、光电等方面的新应用，设计开发基于分子筛膜为固态电解质的一体化柔性固态锂空电池，克服固态和液态电池系统中安全和电化学稳定性等问题；首次揭示了分子筛的半导体特性及电荷传输机制，将分子筛的应用拓展到半导体器件领域。相关原创性、引领性科研成果在《自然》和《科学》等国际顶级学术期刊发表，多种分子筛催化剂已完成规模化生产，并在石油化工、精细化工等领域开展工业化应用。
2022年，吉林大学分子筛团队牵头联合中国科学院大连化学物理研究所、浙江大学，共同承担“分子筛催化材料的分子工程学”国家自然科学基金卓越研究群体项目，也是国内分子筛研究方向唯一入选的卓越群体。依托国家长期稳定的科研支持，吉林大学分子筛研究团队与国内同行协同攻关，稳步推动我国分子筛科学研究高质量发展，成长为具有重要国际学术影响力的分子筛创新研究平台。
来源：吉林大学化学学院
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