微波能在纳米沸石骨架形成到应用系列化学过程中的作用规律

微波能（microwave energy）独特的能量转化方式可使化学反应在其单位时间内的转化率、选择性等发生巨大变化，而且其介电加热的特点可实现在同一反应体系的不同底物或者溶剂的选择性加热，导致反应物的反应机制发生变化，这种独特的新能源的介入无疑为化学家控制化学反应效率以及材料合成等方面提供了一种新的思路。本项目在此背景和现有研究基础上提出系统研究微波能在纳米沸石骨架形成、模板去除、离子交换、表面/骨架修饰等系列相关过程的影响因素，通过合理的实验设计以及原位表征手段研究微波能在纳米沸石各个相关过程中的提升作用，总结并发现微波能在此系列过程中的作用规律、原理以及微波辐照下各个过程的最佳条件，其结果将不仅可以为纳米沸石材料的微波合成到应用过程提供一套完整的规律和思路，也有利于发现和探究目前微波化学中热点研究的微波热效应以及非热效应相关作用机理。

微波辐照独特的介电加热的特点可实现在同一反应体系的不同底物或者溶剂的选择性加热，导致反应物的反应机制发生变化。但是目前绝大部分微波能仅被作为一种加热源来使用，对于微波能除了热效应之外的非热效应虽然多有猜测和讨论，但并没有完全被验证。那么这种独特的新能源的介入是否真的会为化学家控制化学反应效率以及材料合成等方面提供一种新策略，是否会使一些不可能的反应变得可能或者容易？本项目在此背景和现有研究基础上提出研究微波能在纳米沸石骨架形成、模板去除、离子交换、表面/骨架修饰等系列相关过程中的影响因素，总结微波能在此系列过程中的作用，探索、发现并放大可能存在的微波非热效应或者特殊作用。根据项目既定的研究内容，本项目在四年的执行期间研究的内容以及得到的结论可以分为以下几部分。1）首先研究了微波辐照的杂原子纳米沸石合成过程，发现微波辐照对于杂原子沸石的合成具有明显的促进作用，通过不同极性的杂原子M-O键的不同吸波能力，实现了对杂原子化学键的活化，从而促进了杂原子进入沸石骨架；2）在系统的排除掉热效应的地响因素并通过对所合成杂原子纳米沸石的详细表征对比后，确定微波的这种选择性活化效应是一种微波非热效应，这是目前第一次实际意义上发现并放大大家颇有争议的微波非热效应；3）项目执行期间还分别发展了微波辅助的模板剂去除、离子交换以及硅烷化沸石骨架修饰过程，发现了微波对于模板剂去除以及硅烷化修饰过程仅有加速作用，但对于某些具有较大水合半径的阳离子进入沸石孔道具有较强的促进作用，本项目以此为基础制备了安全不泄露的磁共振造影剂材料；4）项目执行期间还发展了微波辅助的双氧水微爆破技术来制备具有从里到外完全开放、连通介孔的多级孔沸石材料，实现了对于沸石孔道的改造和修饰。这种微波辅助的气体冲击方法提供了一种不同于酸碱后处理的新方法，该方法可以使微孔结构得到很好的保留；5）项目执行过程中还利用微波离子传导的特殊加热方式，发展了一种微波辅助的高盐催化体系，实现了纤维素直接、快速转化。这些结果不仅可以为纳米沸石材料的微波合成到应用过程提供一套完整的规律和思路，也有利于发现和探究目前微波化学中热点研究的微波热效应以及非热效应相关作用机理。