特殊孔道沸石分子筛的合成研究

沸石分子筛具有重要的工业应用价值而受到人们重视，随着对沸石分子筛应用过程，尤其是其催化性能与结构关系的了解进一步地深入，人们对沸石分子筛的结构也提出了新的需求，需要合成可以提高催化效能的大孔交叉孔道、可用于大分子催化的超大孔道以及可用于手性催化和分离的手性孔道等特殊孔道沸石分子筛。本项目拟通过设计新型有机季铵结构导向剂，通过控制其空间几何结构、亲疏水性等，调变有机结构导向剂与无机结构单元的相互作用，合成具有我国自主知识产权的大孔交叉孔道、超大孔和手性等特殊孔道结构的沸石分子筛，获得一些合成经验规律，为进一步定向设计合成具有特定孔道结构的新型微孔晶体提供一定的实验数据和指导。

具有交叉大孔、超大孔以及手性等特殊孔道结构的沸石分子筛在石油加工（催化裂解）、大分子催化、药物分子传输等领域具有重要的工业应用价值，其合成研究一直是多孔材料化学及其相关领域最为人们关注的方向之一。近十几年来人们在合成晶型的超大孔沸石分子筛方面取得了一定进展，但合成稳定的新型大孔和超大孔沸石仍然是当今合成化学领域的一大挑战。本项目的研究计划是设计新型有机季铵结构导向剂，通过控制其空间几何结构、亲疏水性等，合成具有自主知识产权的交叉大孔、超大孔等特殊孔道结构的沸石分子筛，获得一些合成经验规律，为定向设计合成具有特定孔道结构的新型微孔晶体提供一定的实验数据和指导。通过三年的研究，我们按原工作计划，设计合成了一系列新型有机铵结构导向剂，并利用这些化合物，在氟离子体系并且添加具有结构导向作用的锗等条件下，系统地考察了分子筛的合成，获得了系列分子筛材料和一些分子筛合成经验规律。例如，通过模板剂设计研究，我们开发了一种合成硅锗酸盐沸石分子筛单晶的新方法，首次制备出了ITQ-12单晶并对其结构进行了测定；开发了制备大孔和超大孔沸石分子筛的有效途径，方便地制备出了一系列分子筛，包括超大孔沸石ITQ-37 (30×30×30员环孔道，下同)、ITQ-43 (28×12×12)，大孔沸石ITQ-24 (12×12×12)、ITQ-21 (12×10×10)、IM-20 (12×10×10)，具有超大笼结构的ITQ-29，小孔沸石ITQ-12 (8×8)等；合成了一系列新型硅锗酸盐沸石，其中包括一个结构已解析的、具有良好热稳定性的18×12×10员环新型硅锗酸盐沸石NUD-1 (Nanjing University Du's Zeolite no. 1)。此外，我们还制备了介孔空心球状硅材料和硅纳米管、系列具有分子筛及类分子筛结构的非硅基无机物，包括具有24、16、和12员环的金属硫酸盐、磷酸盐、配位聚合物等，并对它们的结构、热稳定性、光学性质、磁学性质和气体吸附性质以及在储能方面的应用进行了研究。