Chem. Soc. Rev.综述：沸石新希望，催化新时代，从3D到2D沸石

踏浪 6年前 (2018-09-10) 7523浏览

【引言】

沸石由于其优异的催化、选择性吸附性能、热稳定性、化学稳定性以及环境友好性而被广泛用于石油和化学工业中。目前，沸石（作为催化剂）最重要的作用是用于原油改质。大多数石化工艺都在使用沸石，特别是形状选择性的反应。最近，在精细化学品的选择性合成和环境保护方面沸石也表现出优异的催化性能。

图1. 用于定制沸石性质的主要策略。

沸石的名称，创造于1756年，意为“boiling stone”，由天然或合成的硅酸盐以及其他化合物组成，其尺寸和形状多样，但框架结构明确，且都含有规则的微孔，能够吸附和分离分子。沸石可以在水热条件下从合适的合成混合物中结晶。许多学术和工业实验室不断努力来探索新的沸石框架结构，并对材料合成机制进行更深入的理解。尽管在合成沸石方面科研工作者们付出了巨大努力，但在增加其孔径方面仍存在局限性。虽然一些沸石具有由最多30个T原子组成的入口窗口（硅或在框架中具有四边形配位的其他原子），但在沸石FAU的情况下，最大的工业相关窗口由12个T原子形成。这极大地限制了使用沸石转化较大（较大）基材的可能性。因此，有几个最近开发出来的重要方法来克服这种限制。所有这些都旨在提高沸石中活性位点的可接近性，但方式不同。在纳米沸石的情况下，沸石晶体的尺寸限制为几十纳米，增加了沸石晶体的外表面积并减少了晶体内部的扩散路径。相反，多级沸石由微孔和中孔组成，可以促进反应物和产物的扩散。

目前已经有了自下而上和自上而下的合成方法，合成出的多级沸石具有更好的催化性能。虽然传统的沸石已被概念化为3D网络，但最近的一个突破显示它们形成为结晶的层状固体，这使沸石可以被创建出扩展的体系结构。图1总结了在定制沸石性质方面取得的主要进展。本综述的目的是讨论合成-性质-三维（3D）沸石（包括纳米沸石）和分层沸石的催化性能之间的关系，与具有二维（2D）结构的各种形式（图1）进行比较。本综述基于催化性能的不同实例，包括裂化反应、生物质转化、形状选择性芳烃等，突出了不同沸石的化学和结构性质的异同。

【成果简介】

近日，捷克查理大学的J. Prech（第一作者）在J. Cejka教授（通讯作者）的指导下（图二），在国际顶级期刊Chem. Soc. Rev.上发表了文章：From 3D to 2D zeolite catalytic materials.

图2. 本文作者。

本文综述了三维沸石及其二维类似物的研究活动和最新进展。沸石是最重要的工业多相催化剂，具有多种应用。但是，它们的孔径有限，不允许体积较大的分子渗透到它们的通道系统和活性位点之中。我们在这里简要地强调了三维沸石的合成、性质和催化潜力，然后讨论了微观和中孔隙的分级沸石。本文的最后一部分致力于介绍最近开发的二维类沸石。本综述详细讨论了二维沸石的新型自下而上和自上而下的合成方法以及它们的性质和催化性能。

【图文导读】

图3. 在胶体悬浮液中具有不同形态和尺寸的沸石纳米晶体和沸石自支撑多孔膜和光学质量薄膜实例。