【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院黎建特聘研究員團隊通過微晶電子衍射技術(shù)(MicroED)進行快速晶體結(jié)構(gòu)解析，加速沸石分子篩材料合成優(yōu)化過程，成功創(chuàng)制了兩例以NJU命名的超大孔硅鋁酸鹽沸石分子篩NJU120-1和NJU120-2。 相關(guān)研究成果以 “Accelerated discovery of stable, extra-large-pore nano zeolites with micro-electron diffraction” 為題，于2025年6月27日在線發(fā)表于Science 期刊。
 

　　創(chuàng)制先進材料和闡明構(gòu)效關(guān)系是化學(xué)、材料、物理、生物醫(yī)藥等物質(zhì)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)與核心。以沸石分子篩(zeolite)為代表的無機微孔材料由于其具有孔徑分布均一、孔道結(jié)構(gòu)規(guī)整、活性中心可調(diào)、比表面積大、穩(wěn)定性好等特性，廣泛用于綠色催化、吸附分離、離子交換等領(lǐng)域，多次引領(lǐng)能源、化工、環(huán)境領(lǐng)域里程碑式變革。新結(jié)構(gòu)沸石分子篩的創(chuàng)制和應(yīng)用是能源、化工、環(huán)境等眾多領(lǐng)域技術(shù)變革的源頭創(chuàng)新之一。但新結(jié)構(gòu)沸石分子篩材料難設(shè)計合成且不易制備高質(zhì)量單晶，其結(jié)構(gòu)分析主要依賴于多晶粉末樣品，因此，突破晶體尺寸和樣品純度對沸石分子篩材料結(jié)構(gòu)分析的限制是新結(jié)構(gòu)分子篩創(chuàng)制過程中的巨大挑戰(zhàn)。
 

　　近日，南京大學(xué)黎建研究員團隊與中國石化石油化工科學(xué)研究院林偉教授團隊和香港理工大學(xué)林聰研究助理教授團隊合作，利用黎建課題組自建的微晶電子衍射技術(shù)平臺(Sci. China Chem. 67, 4158–4166 (2024))在同一沸石分子篩合成體系中僅合成32個不同組份的樣品點發(fā)現(xiàn)了兩例分別具有22 × 10 × 10元環(huán)和22 × 12 × 10元環(huán)孔道系統(tǒng)的新型三維穩(wěn)定超大孔硅鋁沸石分子篩NJU120-1和NJU120-2(黎建課題組成立于南京大學(xué)建校120周年，因此命名為NJU120)。
 

圖1: NJU120-1和NJU120-2沸石分子篩的結(jié)構(gòu)解析
 

　　NJU120-1為納米片狀型貌，厚度僅約8納米，對應(yīng)約1.5個晶胞；NJU120-2為納米棒狀型貌，尺寸約為50納米×250納米。黎建團隊利用微晶電子衍射技術(shù)在納米晶體結(jié)構(gòu)解析的優(yōu)勢，在含有雜質(zhì)的樣品中快速解析得到了NJU120-1和NJU120-2的晶體結(jié)構(gòu)，加快了合成條件的優(yōu)化。
 

圖2: NJU120- 1和NJU120- 2分子篩的電子顯微鏡結(jié)構(gòu)表征。
 

　　NJU120-1和NJU120-2分子篩具有高的水熱和熱穩(wěn)定性，約1.2納米的超大孔徑和納米尺度形貌，使得其在催化裂化(FCC)反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的重油轉(zhuǎn)化率和輕質(zhì)燃料(汽油、柴油和液化石油氣)選擇性，其實驗室的初步催化性能甚至超越工業(yè)上高度優(yōu)化的超穩(wěn)Y沸石分子篩(USY，F(xiàn)AU結(jié)構(gòu))，且表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在5次再生后催化裂化性能無明顯衰減。
 

圖3: NJU120- 1和NJU120- 2分子篩重質(zhì)石油催化裂化性能
 

　　該工作第一通訊單位為南京大學(xué)配位化學(xué)全國重點實驗室、化學(xué)化工學(xué)院。化院2024級博士研究生馬超、2023級博士生章正漢，2023級碩士生張夢迪為共同第一作者。中國石化石科院林偉教授，香港理工大學(xué)林聰研究助理教授為論文的共同通訊作者；黎建特聘研究員為最后通訊作者。該工作中重質(zhì)油催化裂化由中國石化石油化工科學(xué)研究院林偉教授團隊完成，部分物性表征和同步輻射測試由香港理工大學(xué)林聰研究助理教授完成。重慶大學(xué)石佳榮副教授，南京大學(xué)郭盛特聘研究員在有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的設(shè)計方面提供了幫助。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目(2024YFA1510301)，國家自然科學(xué)基金項目(22371121，22403080)、江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK20230772)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金項目(0205-14380334)，北京分子科學(xué)國家研究中心開放基金(BNLMS202402)，蘇州國家實驗室自研項目等項目的支持。同時感謝南京大學(xué)配位化學(xué)全國重點實驗室段春迎教授，左景林教授和南京大學(xué)亞原子分辨電鏡中心鄧昱教授在課題組建設(shè)和微晶電子衍射技術(shù)平臺建設(shè)中提供的大力支持。