我校化学化工学院杜红宾教授课题组在超大孔分子筛的自组装合成研究中取得重要进展

具有规则孔道结构和高比表面积的硅酸盐沸石分子筛在吸附、分离、催化等领域具有重要的应用价值,被广泛应用于石油精炼、精细化工等领域,其合成与性能研究一直受到学术和工业界的关注。近十几年来人们在这类材料的合成研究方面取得了很大进展,但迄今为止仅制得少数几种超大孔沸石分子筛,合成新型超大孔沸石仍然是当今无机合成领域的一大挑战。在超大孔沸石的合成中,人们一般采用刚性的大尺寸有机铵阳离子为结构导向剂,以填充分子筛巨大的孔道/腔。但这类模板分子不易获得、成本高,并且模板分子尺寸变大后其亲水性变差,不利于分子筛的结晶。我校化学化工学院、配位化学国家重点实验室的杜红宾教授课题组提出了一种合成超大孔硅酸盐沸石分子筛的新策略,即利用小尺寸、易获得的有机铵阳离子自组装而形成的大尺寸缔合物为结构导向剂,导向生成超大孔沸石。采用该策略,他们设计了一系列含芳环的有机铵结构导向剂,成功合成了一个新型超大孔分子筛材料NUD-1(图1)。该分子筛具有一个由18、 12、 10元环孔道构成的三维交叉孔道系统,同时含有单三元环、双三元环和双四元环等二级结构单元,在已知分子筛结构中极为少见。NUD-1具有良好的热稳定性、空旷的开放骨架以及大的比表面积,是一种潜在的吸附剂和催化剂。荧光光谱等结果表明,有机铵阳离子在合成条件下形成超分子自组装体,该自组装体起到结构导向作用。这种利用有机铵离子超分子自组装体为结构导向剂的合成策略,为超大孔沸石的制备和开发研究提供了一种简便和有效的方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9592–9596)。

该工作得到了国家973重点基础研究计划(2011CB808704)和国家自然科学基金(21071075)等项目的资助。(化学化工学院)

图1.利用超分子自组装体为结构导向剂合成的新型超大孔分子筛NUD-1