大連化物所利用三維電子衍射技術(shù)解析含有序硅羥基純硅分子篩結(jié)構(gòu)
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部研究員郭鵬、工程院院士劉中民團隊與南京工業(yè)大學(xué)副教授王磊團隊合作，在分子篩結(jié)構(gòu)解析研究中取得新進展，利用先進的三維電子衍射技術(shù)（cRED）直接解析出含有序硅羥基的純硅分子篩結(jié)構(gòu)。
分子篩是石油化工和煤化工領(lǐng)域重要的催化劑及吸附劑，分子篩的性能與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。分子篩通常為亞微米甚至納米晶體，傳統(tǒng)的X-射線單晶衍射法無法對其結(jié)構(gòu)進行表征。在前期工作中，郭鵬和劉中民團隊聚焦先進的電子晶體學(xué)（包括三維電子衍射和高分辨成像技術(shù)）和X-射線粉末晶體學(xué)方法，對工業(yè)催化劑等多孔材料進行結(jié)構(gòu)解析，并且在原子層面深入理解構(gòu)—效關(guān)系，為高性能的工業(yè)催化劑/吸附劑的設(shè)計及合成提供理論依據(jù)。團隊開展了一系列研究工作，包括針對定向合成SAPO分子篩方法的開發(fā)（J. Mater. Chem. A，2018；Small，2019）、酸性位點分布的研究（Chinese J. Catal.，2020；Chinese J. Catal.，2021）、吸附位點的確定（Chem. Sci.，2021）、利用三維電子衍射結(jié)合iDPC成像技術(shù)解析分子篩結(jié)構(gòu)并觀測局部缺陷（Angew. Chem. Int. Ed.，2021）等。
本工作中，研究人員利用先進的三維電子衍射技術(shù)，從原子層面直接解析出一種含有序硅羥基排布的新型純硅沸石分子篩的晶體結(jié)構(gòu)，其規(guī)則分布的硅羥基與獨特的橢圓形八元環(huán)孔口結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。研究人員通過調(diào)變焙燒條件，在有效去除有機結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的同時保留了分子篩中有序硅羥基結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了丙烷/丙烯高效分離，并從結(jié)構(gòu)角度揭示了有序硅羥基和獨特的橢圓形八元環(huán)孔口對丙烷/丙烯的分離作用機制。
相關(guān)研究成果以“Pure Silica with Ordered Silanols for Propylene/Propane Adsorptive Separation Unraveled by Three-Dimensional Electron Diffraction”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的第一作者是大連化物所博士后王靜，該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究等項目的資助。
