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、中國工程院院士劉中民團(tuán)隊基于對分子篩結(jié)構(gòu)與合成的理解，使用商業(yè)化模板劑合成了一種穩(wěn)定的全新超大孔磷鋁分子篩DNL-11，并利用三維電子衍射技術(shù)直接解析出DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)。
磷鋁分子篩是由磷氧四面體和鋁氧四面體共氧頂點相互連接組成的具有規(guī)則孔道或者籠狀結(jié)構(gòu)的磷鋁酸鹽材料。這類材料不僅是磷酸硅鋁（SAPO）分子篩和金屬磷酸鋁（MeAPO）分子篩進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，也是重要的催化劑載體和吸附劑。磷鋁分子篩的性能與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通常，分子篩的晶體尺寸屬于亞微米甚至納米級別，傳統(tǒng)的X-射線單晶衍射法難以進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)分析，這在一定程度上限制了分子篩的發(fā)展。郭鵬和劉中民團(tuán)隊一直聚焦電子晶體學(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)，針對納米晶態(tài)多孔材料的結(jié)構(gòu)解析（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Nat. Commun.，2023；Chem. Soc. Rev.，2024）、基于結(jié)構(gòu)表征輔助的分子篩合成方法的開發(fā)（J. Am. Chem. Soc.，2023）、分子篩中的構(gòu)-效關(guān)系（J. Am. Chem. Soc.，2023；Chem. Sci.，2021）開展了系統(tǒng)性的研究工作。
大連化物所利用三維電子衍射技術(shù)解析全新超大孔磷鋁分子篩
本工作中，研究人員通過上述先進(jìn)表征手段理解已知分子篩中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用機(jī)制，并應(yīng)用于分子篩的設(shè)計合成過程。團(tuán)隊通過使用商業(yè)化結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，合成了一種全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分子篩，命名為“DNL-11”。進(jìn)一步團(tuán)隊利用三維電子衍射技術(shù)與PXRD精修技術(shù)對DNL-11進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析與精修，直接確定了DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的落位。研究發(fā)現(xiàn)，DNL-11擁有一維的16元環(huán)超大孔道，其中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑以兩列交叉的形式排列，并通過 - 堆積作用力進(jìn)行超分子組裝；所有結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑均質(zhì)子化，并與骨架上的氧原子發(fā)生相互作用。此外，團(tuán)隊還證明DNL-11能夠在高達(dá)1000 的溫度下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且在極低濕度環(huán)境（濕度=5%）中展現(xiàn)出良好的水吸附性能。
相關(guān)研究成果以“Unraveling a Stable 16-Ring Aluminophosphate DNL-11 through Three-Dimensional Electron Diffraction for Atmospheric Water Harvesting”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研究生乜晨陽，理論計算部分得到了大連化物所李國輝研究員和廖晨依副研究員的支持。該成果得到國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01393
