燃爆！這塊“石頭”已發8篇Science/Nature，這個熱門領域你確定不了解一下？

沸石（zeolite）是一種礦石，最早發現于1756年。瑞典的礦物學家克朗斯提（Axel Fredrik Cronstedt）發現有一類天然硅鋁酸鹽礦石在灼燒時會產生沸騰現象，因此命名為“沸石”（瑞典文zeolit）。在希臘文中意為“沸騰”（zeo）的“石頭”（lithos）。此后，人們對沸石的研究不斷深入。沸石具有離子交換性、吸附分離性、催化性、穩定性、化學反應性、可逆的脫水性、電導性等。沸石的晶體構造可分為三種組分：(1)鋁硅酸鹽骨架，(2)骨架內含可交換陽離子M的孔道和空洞，(3)潛在相的水分子，即沸石水。沸石具有吸附性、離子交換性、催化和耐酸耐熱等性能，因此被廣泛用作吸附劑、離子交換劑和催化劑，也可用于氣體的干燥、凈化和污水處理等方面。本文總結回顧了以往在Science和Nature雜志上發表的關于“沸石”領域的突破性成果，和大家一起交流探討。

1、Science:?通過羥基自由基加速沸石的結晶

吉林大學于吉紅院士團隊早在2016年揭示了羥基自由基參與水熱條件下加速沸石結晶化過程。沸石的結晶過程，如Na-A，Na–X，NaZ–21以及silicalite-1，羥基自由基可以明顯加速沸石分子篩的結晶化過程。通過紫外照射或Fenton反應向沸石分子篩水熱合成體系額外引入羥基自由基，能夠明顯促進沸石分子篩的成核，從而加速其結晶化過程。該研究成果是無機微孔晶體材料生成機理研究方面的重要突破，能夠對沸石分子篩的生成機理產生新理解，為在工業上具有重要需求的沸石分子篩材料的高效、節能和綠色合成開拓新方向。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/351/6278/1188

2、Science:?合成氣選擇性轉化為輕質烯烴

中科院大連化物所包信和院士團隊在2016年采用金屬氧化物和多孔SAPO沸石組成的雙功能催化劑，提出了全新的OX-ZEO過程，在一氧化碳（CO）轉化率為17%時低碳烯烴（C₂=–C₄=）的選擇性大于80%以及低碳烴類產物（C₂-C₄）的選擇性達到94%。基于此，該催化劑能夠提供互補的兩種活性中心。部分還原的氧化物表面（ZnCrOx）能夠激活CO和H₂，而后在密閉的沸石酸性毛孔中介導C?C耦合。此外，該雙功能催化劑和反應可能允許使用具有低的H₂/CO比的煤和生物質衍生的合成氣。該研究通過將CO活化和C-C鍵形成這兩個過程分開，實現了令人驚奇的高達80％的低碳烯烴選擇性。

文獻鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/351/6277/1065

3、Nature:?含鐵沸石中低溫甲烷羥基化的活性位點

斯坦福大學的Edward I. Solomon教授團隊和天主教魯汶大學的Robert A. Schoonheydt、Bert F. Sels等人在2016年利用?(VTVH-MCD)光譜技術，很好地揭示了含鐵沸石低溫催化甲烷羥基化活性位點的本質。研究結果表明α-Fe(II)是一種單核、高自旋的四方平面的二價鐵物種，而α-O是一種單核、高自旋的Fe(IV)=O物種，其高催化活性來源于分子篩點陣對鐵配位幾何構型所產生的約束。該研究借助新穎的設計思路，實驗與理論結合揭示懸而未決的多相催化問題。該研究對后續的設計高效的Fe-Zeolite催化劑以實現甲烷的高選擇性氧化提供了有意義的指導。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/nature19059

4、Science:?甲烷高選擇性厭氧氧化直接制備甲醇

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Jeroen A. van Bokhoven教授和保羅謝爾研究所的Vitaly L. Sushkevich教授發展了一種逐步工藝策略，以水的部分氧化為基礎，在水沸石上高選擇性(約97%)地將甲烷直接轉化為甲烷。首先在673 K下進行氫活化，然后在473 K的水溫條件下于沸石中持續產生0.204摩爾的CH₃OH (mol/Cu)。研究人員通過同位素標記方法，證明了水對反應供應氧氣，該反應以再生沸石為活性中心，使得甲醇的解吸能力較好。本研究中所提到的甲烷厭氧氧化直接合成制備甲醇的方法，以水作為氧化劑，選擇性高達97%。這為高效的工業化制備甲醇提供了可能性，同時對于未來實現大規模甲烷向甲醇的轉化具有重要意義。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/356/6337/523.full

5、Science:剖析NO_x選擇性催化還原中銅離子形成的動態多核位點

美國圣母大學William F. Schneider和普渡大學Rajamani Gounder等人通過使用穩態和瞬態動力學測量手段，并結合使用x射線吸收光譜和DFT計算，證明了移動的Cu⁺可以通過沸石孔隙并形成瞬態的離子對，這種瞬態的離子對涉及到氧氣介導的Cu^I→Cu^II氧化還原步驟與選擇性催化還原（SCR）的結合。靜電束縛到框架Al中心限制了每個離子可以探測的數量，從而限制了形成離子對的能力。單個原子多核位點的動態的，可逆的形成揭示了多核位點會落在異質或均相催化劑的常規界限之外。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/357/6354/898.full

6、Science：在甲烷氧化制甲醇過程中原位形成過氧化物的疏水沸石改性

浙江大學肖豐收教授團隊和王亮研究員報告了一種非均相催化劑體系，該體系通過在溫和的溫度（70°C）下原位產生的過氧化氫提高甲醇在甲烷氧化中的產率。通過將AuPd合金納米顆粒固定在鋁硅酸鹽沸石晶體中，然后用有機硅烷修飾沸石的外表面，從而合成催化劑。硅烷允許氫，氧和甲烷擴散到催化劑的活性位點，同時將生成的過氧化物限制在那里，以提高其反應幾率。在甲烷轉化率為17.3％時，甲醇選擇性達到92％，相當于甲醇產率達到91.6 mmol g^-1AuPd h^-1。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/193.full

7、Science：Na⁺門控水傳導納米通道促進CO₂轉化為液體燃料

美國倫斯勒理工學院Miao Yu教授團隊與浙江工業大學、密蘇里科技大學和美國天然氣技術研究所的研究人員合作通過巧妙設計成功組裝成厘米級膜，其特點是具有可忽略不計的缺陷、阻氣水傳導性的NaA沸石納米通道。研究人員通過在高溫和高壓條件下進行天然氣脫水實驗證實了水的傳導，這很可能是Na⁺的門控效應的原因，而該Na⁺位于8個氧環孔中，調節了其有效尺寸。這種導水膜（WCM）在高溫（200至250℃）和壓力（21至35 bar）下大幅度的提高了CO₂轉化率和甲醇生產中CO₂加氫催化合成中甲醇產率。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/367/6478/667.full

8、Science：控制沸石孔內部達到化學選擇性炔烴/烯烴的分離

南開大學李蘭冬教授團隊和英國曼徹斯特大學楊四海教授團隊合作研發了一類具有高活性位點且能對炔烴/烯烴進行分離的分子篩材料。研究人員通過在八面沸石（FAU）的六元環中封存孤立的開放性鎳（II）位點進而對沸石內部孔隙進行控制。在環境條件下，Ni@FAU表現出了顯著的烯烴吸附效果，對乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1,3-丁二烯混合物可進行高效分離，動態分離選擇性分別為100、92和83，達到了前所未有的動態分離效果。原位中子衍射和非彈性中子散射結果表明，封閉的鎳（II）位點通過形成可轉移的[Ni(II)(C₂H₂)₃]絡合物與乙炔進行化學選擇性和可逆結合。該研究有望推動分子篩材料在相關工業吸附分離過程中的應用。

文獻鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6494/1002

本文由ecir供稿

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