基于ADOR方法新型分子筛的合成及催化性能研究

Zeolite is a kind of porous materials with regular pore structure, which has a wide range of applications in the fields of catalysis, adsorption, separation and ion exchange. The rational design and synthesis of function-oriented zeolites are one of the challenging topics in the field of inorganic porous materials. ADOR (Assembly-Disassembly-Organization-Reassembly) as a new synthetic methodology, reveals unique advantages in the synthesis of inorganic functional materials. According to the principle of "Molecular Engineering", this project focuses on the synthesis and catalytic properties of new zeolites based on ADOR strategy, especially for zeolite loaded nanoscale metal particles, through the module structure of primitive reconstruction. We will study the effects of the kind of structural unit of the module, intercalation agent type, hydrolysis environment, recombination atmosphere and metal species on the structures and catalytic properties of novel zeolites and metal@zeolites. We will develop a series of zeolites with novel structure and good catalytic performance, research the application of shape-selective catalysis. This project will provide experimental and theoretical support for expansion of ADOR method in the field of porous materials.

分子筛是一类具有规则孔道结构的多孔材料，在催化、吸附、分离及离子交换等领域具有广泛应用价值。以功能为导向的分子筛的定向设计与合成是无机多孔材料领域的挑战性课题之一。ADOR即装配-拆卸-组织-重新组装，作为一种新合成方法，在无机功能材料的合成中显示出独特的优势。本项目以无机硅铝、硅锗及磷铝分子筛材料为研究对象，依据“分子工程学”思想，以功能为导向，基于ADOR方法，通过模块结构基元的重构开展新型分子筛及分子筛负载金属纳米/亚纳米级粒子的设计合成和催化性能研究。研究模块结构基元种类、插层剂类型、水解环境、重组氛围、金属物种等对分子筛结构和催化性质的影响，开发系列具有新颖结构和良好催化性能的分子筛基催化材料，研究其在择形催化反应中的应用，并为ADOR方法在材料领域中的应用拓展提供实验和理论的支持与指导，探索开创分子筛基催化材料的定向合成路线。

分子筛为代表的无机微孔晶体材料因其规则的孔道结构、优异的热稳定性、高的比表面积等优势，而在催化、吸附、分离及离子交换等领域应用广泛。以功能为导向构筑分子筛材料是人们研究的热点之一，也成为无机微孔材料领域的一个挑战性课题。本项目主要围绕分子筛的设计合成及催化等性能调控研究，结合理论设计与计算，详细考察了模板协同调控以及元素掺杂改性等对合成材料的影响作用与规律，并重点关注了该类材料在气体吸附分离、生物质转化催化以及新兴交叉领域的应用基础研究。我们按照研究计划进行了研究，取得了以下主要的研究成果：（1）提出了基于模板效应的精准调控杂原子含量及分布策略，将理论设计和实验有机结合，可控调节SAPO 分子筛骨架硅含量及分布，有效提升其CO2 吸附能力以及对CO2/N2 混合气体的分离能力，研究了其吸附分离作用机制；（2）定向设计合成新型季铵盐为结构模板剂，首次合成了无介孔模板剂或晶种条件下制备纳米多级孔分子筛 ITQ- 21，实现了高效催化羰基化合物的缩醛反应；（3）开发了基于微孔沸石为模板的限域策略，合成出具有夹心状中空Pd@TiO2@ZnIn2S4 纳米盒双功能光催化剂，实现高效催化苄胺氧化偶联和析氢；（4）开发了对氨气（NH3）快速、精准、稳定检测的低硅铝比分子筛基传感器，研究了分子筛结构与传感性能的构效关系；（5）将微波和晶种的协同作用拓展，实现了1min制备具有CO2高选择性吸附能力的纳米级ERI分子筛，探究了模块基元及晶化条件等因素对分子筛合成的影响；（6）多孔有机骨架材料的构筑及合成方面，设计合成了系列具有气体吸附、非均相催化、荧光探针及能量存储性能的多孔有机骨架材料。本项目的研究涵盖了多孔功能材料的主要研究方向，达到了项目预期的研究目标，所取得的成果不仅有助于加强我们对分子筛为代表的多孔功能材料的认识，更为以功能为导向的多孔功能材料的定向设计与合成提供实验基础和理论依据。