Chem. Soc. Rev.綜述：沸石新希望，催化新時代，從3D到2D沸石

踏浪 5年前 (2018-09-10) 5626瀏覽

【引言】

沸石由于其優異的催化、選擇性吸附性能、熱穩定性、化學穩定性以及環境友好性而被廣泛用于石油和化學工業中。目前，沸石（作為催化劑）最重要的作用是用于原油改質。大多數石化工藝都在使用沸石，特別是形狀選擇性的反應。最近，在精細化學品的選擇性合成和環境保護方面沸石也表現出優異的催化性能。

圖1. 用于定制沸石性質的主要策略。

沸石的名稱，創造于1756年，意為“boiling stone”，由天然或合成的硅酸鹽以及其他化合物組成，其尺寸和形狀多樣，但框架結構明確，且都含有規則的微孔，能夠吸附和分離分子。沸石可以在水熱條件下從合適的合成混合物中結晶。許多學術和工業實驗室不斷努力來探索新的沸石框架結構，并對材料合成機制進行更深入的理解。盡管在合成沸石方面科研工作者們付出了巨大努力，但在增加其孔徑方面仍存在局限性。雖然一些沸石具有由最多30個T原子組成的入口窗口（硅或在框架中具有四邊形配位的其他原子），但在沸石FAU的情況下，最大的工業相關窗口由12個T原子形成。這極大地限制了使用沸石轉化較大（較大）基材的可能性。因此，有幾個最近開發出來的重要方法來克服這種限制。所有這些都旨在提高沸石中活性位點的可接近性，但方式不同。在納米沸石的情況下，沸石晶體的尺寸限制為幾十納米，增加了沸石晶體的外表面積并減少了晶體內部的擴散路徑。相反，多級沸石由微孔和中孔組成，可以促進反應物和產物的擴散。

目前已經有了自下而上和自上而下的合成方法，合成出的多級沸石具有更好的催化性能。雖然傳統的沸石已被概念化為3D網絡，但最近的一個突破顯示它們形成為結晶的層狀固體，這使沸石可以被創建出擴展的體系結構。圖1總結了在定制沸石性質方面取得的主要進展。本綜述的目的是討論合成-性質-三維（3D）沸石（包括納米沸石）和分層沸石的催化性能之間的關系，與具有二維（2D）結構的各種形式（圖1）進行比較。本綜述基于催化性能的不同實例，包括裂化反應、生物質轉化、形狀選擇性芳烴等，突出了不同沸石的化學和結構性質的異同。

【成果簡介】

近日，捷克查理大學的J. Prech（第一作者）在J. Cejka教授（通訊作者）的指導下（圖二），在國際頂級期刊Chem. Soc. Rev.上發表了文章：From 3D to 2D zeolite catalytic materials.

圖2. 本文作者。

本文綜述了三維沸石及其二維類似物的研究活動和最新進展。沸石是最重要的工業多相催化劑，具有多種應用。但是，它們的孔徑有限，不允許體積較大的分子滲透到它們的通道系統和活性位點之中。我們在這里簡要地強調了三維沸石的合成、性質和催化潛力，然后討論了微觀和中孔隙的分級沸石。本文的最后一部分致力于介紹最近開發的二維類沸石。本綜述詳細討論了二維沸石的新型自下而上和自上而下的合成方法以及它們的性質和催化性能。

【圖文導讀】

圖3. 在膠體懸浮液中具有不同形態和尺寸的沸石納米晶體和沸石自支撐多孔膜和光學質量薄膜實例。