天津大学Chem. Rev：共生孪晶沸石的合成、表征和催化

天津大学环境科学与工程学院刘庆岭教授领衔的大气环境与生物能源团队以题为《Intergrowth Zeolites, Synthesis, Characterization, and Catalysis》的综述在国际知名期刊《CHEMICAL REVIEWS》（IF = 62.1）上发表。2021级博士生王延华为论文第一作者，刘庆岭教授、刘彩霞副教授为论文共同通讯作者。

一、 【导读】

可用作非均相催化的微孔沸石分子筛一直吸引着学术界和工业界的极大兴趣，但其在合成和应用方面的进展主要是单相沸石。区别于单相沸石，共生孪晶沸石的根本特征在于两相沸石的非周期排列形成了相对无序的相界，这些相界可能产生滑移或缺陷导致沸石孔道结构周期性破坏，从而改变分子及催化产物的扩散路径。

作为日益重要的新兴材料之一，共生孪晶沸石不仅是沸石材料的重要扩展，还为设计适应现代应用的催化剂提供了新的途径。但是目前为止，没有对共生孪晶沸石合成方法系统性的总结，也没有共生独特结构特征的描述，更没有共生相界与催化性能映射关系的探究。

二、【成果掠影】

（1）共生孪晶沸石是一种具有新晶体结构的材料，可分为1D、2D 和 3D 沸石，可以通过 8 种常见合成策略获得目标共生分子筛，如模板法、沸石种子辅助法、计算机先验指导技术等。共生孪晶沸石使反应物在沸石通道中表现出独特的协同和界面效应，具有良好的扩散性，3D沸石确保了催化反应的连续性和扩展性。

（2）目标产物的催化性能在很大程度上取决于晶体骨架的拓扑结构和共生相边界，因为它们决定了笼的大小、酸位点密度、反应路径和活性位点的失活机制。与单相沸石相比，共生孪晶沸石的基本特征是存在相界，相界可能导致框架晶格缺陷和选择性原子落位，这导致了通道系统堵塞或更加开放，并使沸石酸性、氧化还原性、刚性和疏水性等性质的变化，最终影响目标分子在沸石通道中的传质速率和反应活性。

三、【核心创新点】

1.具有新晶体结构的共生孪晶沸石具有独特的结构特征，首次提出了共生相界的概念以区别单相沸石。

2.对共生孪晶沸石的合成和表征方法进行了全面系统的回顾，包括常见的八种合成策略，以及共生孪晶沸石结构解析和识别手段。

3.共生孪晶沸石在几个最活跃催化领域的应用，并从共生相界的角度剖析了沸石结构与催化活性之间的关系。

四、【数据概览】

图1  AEI/CHA共生孪晶沸石的相界结构 

图2  共生孪晶沸石的表征方法 

图3  共生孪晶沸石的结构构建及其催化应用示意图 

图4  从共生孪晶结构设计到催化的可实施策略 

五、【成果启示】

1.研究共生孪晶沸石不同组合的形成规律将是开发具有特殊结构和催化功能分子筛的新途径。

2.理论模拟和高通量实验相结合的方法可以用于其他共生孪晶沸石分子筛的设计合成。

3.实施相界工程、调控相界的原子分布和结构缺陷将是未来了解和利用共生孪晶沸石的重要途径。

4.合成相比例可调的共生孪晶沸石将是未来工作的重点。

5.采用特殊的表面活性剂制备具有分级结构的共生孪晶沸石可以促进分子的扩散，这为开发其他沸石提供了思路。

6.详细研究种子在共生孪晶沸石合成中的作用。

7.沸石骨架中的杂原子取代将是研究热点，杂原子可以显著调节Lewis酸位点，从而影响反应产物的选择性和产率。

原文详情：

Wang Yanhua, Tong Chengzheng, Liu Qingling*, Han Rui, Liu Caixia*. Intergrowth Zeolites, Synthesis, Characterization, and Catalysis. Chem. Rev. 2023. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00373

本文由天津大学刘庆岭团队供稿。

通讯作者

刘庆岭，天津大学英才教授，博士生导师，研究生院学位与学科建设办公室主任，天津市室内空气环境控制重点实验室副主任，天津大学“北洋学者”，天津市“131人才计划”，科技部“国家重点研发计划青年首席科学家”，主持科技部973、国家自然科学基金、国家重点研发计划、天津市自然科学基金等研究工作。在国际知名杂志Chem. Rev., Appl. Catal., B, Environ. Sci. Technol., ACS Catal., Energy Environ. Sci., J. Mater. Chem. A, ChemSusChem, Chem. Mater., Chem. Eng. J等发表论文100余篇。主要研究方向：环境功能材料、环境催化与大气污染控制。

刘彩霞，天津大学副教授，硕士生导师。曾获河北省科技厅授予“河北省科技英才”、“双百双千工程-创新英才”称号。主持国家自然科学基金、天津市自然科学基金等研究工作。发表论文50余篇，包括Chem. Rev., Appl. Catal., B, Environ. Sci. Technol., ACS Catal., Green Chem., Chem. Eng. J等多篇国际知名期刊，申请专利10余项。协办国际会议1次，发表国际会议论文10余篇。主要研究方向：从事环境化学、催化材料、大气污染控制与防治等领域的工作。