樊卫斌、董梅研究团队分子筛形貌调控研究取得重要进展

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分子筛材料因具有独特的孔道结构已被广泛应用于石油化工、煤化工和精细化工等领域。在吸附分离和催化反应过程中表现出突出的择形效应，对产物分布有重要的调控作用，因此，合理设计分子筛颗粒的形貌是提高分子筛吸附和催化性能的重要途径，特别是将刚性的分子筛晶粒组装成理想的分子筛颗粒形貌具有重要的应用价值。目前，分子筛晶粒的组装研究集中在利用多头胺季铵盐和两亲性表面活性剂作模板剂诱导分子筛纳米片组装为具有介孔结构的颗粒。分子筛纳米片表面过多的缺陷位导致形成的分子筛颗粒水热稳定性较差。结晶完美的分子筛晶粒因刚性的骨架结构和表面Si-OH数量少，组装困难，研发一种高效组装分子筛完美晶粒的方法具有重要理论和实用价值。

　　近日，山西煤化所樊卫斌、董梅研究团队利用乙二胺四乙酸（EDTA2-）与正丁胺（NBA+）作用形成的模板剂，不仅诱导了ZSM-5分子筛晶粒的晶化，而且推动了晶粒沿c轴方向组装形成中空球形颗粒（见图）。由于其丰富的介孔结构在甲醇制芳烃（MTA）反应中表现出高的选择性和催化稳定性。在Silicalite-1/ZSM-5分子筛晶化过程中，通过在其晶粒（100）和（001）晶面选择性吸附乙/丙醇，促进了（010）晶面硅羟基之间的脱水缩合反应，使分子筛晶粒沿b轴像搭积木一样组装为一维线性颗粒；在一维线性颗粒合成体系中加入苯甲醛，由于乙/丙醇分子对（001）晶面的稳定作用和苯甲醛、乙醇分子与水分子在（010）和（100）晶面的竞争吸附，导致晶粒沿a和b轴组装成二维平面颗粒；进而在合成体系中加入非离子性表面活性剂P123或F127，其胶束在晶化过程的聚集诱导了二维分子筛颗粒发生交联，形成三维层状分子筛颗粒。与普通合成样品相比，一维ZSM-5颗粒在二甲苯异构体扩散体系中，对二甲苯扩散系数提高了2.5倍，二维Silicalite-1分子筛颗粒在丁醇/水分离体系中，分离系数提高了45.3倍，三维层状Silicalite-1分子筛颗粒在Beckmann重排反应中，催化活性提高了79%，稳定性也有所提高。这些成果发表在Science (2022, 375, 29), Chem. Soc. Rev. (2019, 48, 885-907)、ACS Appl. Mater. Interfaces (2021, 13, 58085-58095)、Chem. Commun. (2022, 58, 2041-2054)和Catal. Sci. Technol. (2017, 7, 560-564)等国际期刊上。
　　该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山西省人才创新项目的资助与支持。


       文章来源：山西煤化所
       樊卫斌,男，1969年生。现为中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士生导师。1991年毕业于太原理工大学化学工程系有机化工专业，同年考入本校研究生，1994获硕士学位。1998年于中国科学院山西煤炭化学研究所获博士学位。1999年11月-2001年11月在比利时鲁汶大学(K.U. Leuven)界面化学系表面化学与催化研究中心，做博士后(Research Council of K.U. Leuven奖学金)。2002年7月-2005年3月受日本学术振兴会（JSPS）和日本科学技术振兴机构（JST）资助，以外国人研究员身份在横滨国立大学工作工学部物质工学科辰巳(Tatsumi) 研究室做研究工作。2005年4月-2007年10月作为日本科学技术振兴机构（JST）外国人研究员在东京工业大学资源化学研究所触媒化学研究部门辰巳(Tatsumi) 研究室工作。2007年回中科院山西煤炭化学研究所工作，并获中国科学院“百人计划”资助。多年来一直从事分子筛的合成、机理及催化性能的研究。获中国发明专利3项，日本发明专利2项。在国际著名专业期刊上发表论文38篇，国内核心期刊上发表论文15篇。
         董梅，博士，博士生导师，研究员。1995年毕业于河北师范大学化学系，获学士学位；1995至2000年于中国科学院山西煤炭化学研究所硕博连读，并于2001年获得理学博士学位。后就职于中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室，从事分子筛类多孔固体催化剂合成及应用的实验和理论研究。