【儀表網 研發快訊】南京大學化學化工學院黎建特聘研究員團隊通過微晶電子衍射技術(MicroED)進行快速晶體結構解析，加速沸石分子篩材料合成優化過程，成功創制了兩例以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日在線發表于Science 期刊。
創制先進材料和闡明構效關系是化學、材料、物理、生物醫藥等物質科學發展的基礎與核心。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、孔道結構規整、活性中心可調、比表面積大、穩定性好等特性，廣泛用于綠色催化、吸附分離、離子交換等領域，多次引領能源、化工、環境領域里程碑式變革。新結構沸石分子篩的創制和應用是能源、化工、環境等眾多領域技術變革的源頭創新之一。但新結構沸石分子篩材料難設計合成且不易制備高質量單晶，其結構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構分析的限制是新結構分子篩創制過程中的巨大挑戰。
近日，南京大學黎建研究員團隊與中國石化石油化工科學研究院林偉教授團隊和香港理工大學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現了兩例分別具有22 × 10 × 10元環和22 × 12 × 10元環孔道系統的新型三維穩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沸石分子篩的結構解析
NJU120-1為納米片狀型貌，厚度僅約8納米，對應約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在納米晶體結構解析的優勢，在含有雜質的樣品中快速解析得到了NJU120-1和NJU120-2的晶體結構，加快了合成條件的優化。
圖2: NJU120- 1和NJU120- 2分子篩的電子顯微鏡結構表征。
NJU120-1和NJU120-2分子篩具有高的水熱和熱穩定性，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)反應中展現出優異的重油轉化率和輕質燃料(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上高度優化的超穩Y沸石分子篩(USY，FAU結構)，且表現出良好的循環穩定性，在5次再生后催化裂化性能無明顯衰減。
圖3: NJU120- 1和NJU120- 2分子篩重質石油催化裂化性能
該工作第一通訊單位為南京大學配位化學全國重點實驗室、化學化工學院。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。該工作中重質油催化裂化由中國石化石油化工科學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林聰研究助理教授完成。重慶大學石佳榮副教授，南京大學郭盛特聘研究員在有機結構導向劑的設計方面提供了幫助。該工作得到了國家重點研發計劃項目(2024YFA1510301)，國家自然科學基金項目(22371121，22403080)、江蘇省自然科學基金項目(BK20230772)、中央高校基本科研業務費專項基金項目(0205-14380334)，北京分子科學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。同時感謝南京大學配位化學全國重點實驗室段春迎教授，左景林教授和南京大學亞原子分辨電鏡中心鄧昱教授在課題組建設和微晶電子衍射技術平臺建設中提供的大力支持。
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