骞伟中课题组在分子筛交生相的本征酸性位点高分辨表征方面取得突破

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近日，清华大学化工系骞伟中课题组在分子筛交生相结构精准合成及高空间分辨率电子显微学结构表征其本征路易斯（Lewis）酸性位方面取得突破，丰富了分子筛催化的基本构效关系认识。
      以Si-O-Al键自组装形成的沸石分子筛具有丰富的酸性位点和拓扑结构调变性，在石油化工、可再生化学、气体储存和分离等领域广泛的应用，助力化石能源高效转化与工业可持续发展。精确的酸性位构筑与调控及作用理解，是分子筛基催化剂提高活性与产品选择性的核心主题之一。然而，设计酸性位点的结构需要精确到亚纳米的原子结构单元，且需要超高水平的实空间成像能力（分辨率和信噪比）与技术。目前流行的荧光及显色成像技术尚达不到纳米尺度的精确性。同时分子筛属于对电子束敏感材料，其酸性位点结构的原子级结构表征长期是电子显微学领域的一个巨大挑战。

榫卯ZSM-5分子筛交生界面的原子级解析及骨架氧空位的指认

        基于合成高结晶性、纳米片状ZSM-5分子筛的多年技术积累，骞伟中课题组受中国传统建筑中榫卯结构的启发，利用ZSM-5分子筛晶格不匹配现象，合成了90°交生相的榫卯ZSM-5结构，在其垂直界面构筑了富集本征Lewis酸性位点的本征结构。基于积分差分相位衬度扫描透射电子显微镜（iDPC-STEM）技术，原子尺度上精确解析了榫卯ZSM-5分子筛的局域结构。首次在交生界面上观察到了规则的骨架氧原子空位，结合其他谱学表征证明了界面处氧原子的部分缺失导致ZSM-5榫卯界面形成本征Lewis酸位点。以甲醇制烃类模型反应研究了榫卯结构与催化性能的构效关系。发现本征Lewis酸位点的引入，可抑制甲醇转化中的烯烃氢转移副反应，显著提高产物中丙烯和丁烯的选择性。
       该工作是将界面工程的结构设计理念扩展到多孔材料领域的一次尝试，且基于界面工程提供了一种通用的方法来设计分子筛催化剂中的本征Lewis酸位点，并实现了催化性能调变。特别地，iDPC-STEM技术极大地提高了电镜对电子束敏感材料局域结构和轻元素的成像水平，为多孔材料交生局域结构的原子级洞察提供了一种新的研究范式。
         相关工作以“调节榫卯分子筛催化剂交生界面的本征路易斯酸性”（Modulating Inherent Lewis Acidity at the Intergrowth Interface of Mortise-Tenon Zeolite Catalyst）为题发表在《自然•通讯》（Nature Communications）期刊上。文章第一作者为清华大学化工系2018级博士生王挥遒，2015级申博渊博士（现为苏州大学教授）为共同第一作者。论文通讯作者为清华大学化学工程系骞伟中教授、魏飞教授和陈晓博士。其他作者为清华大学化工系崔超婕助理研究员、2019级博士生熊昊、2017级博士生宋文龙和2020级博士生王宏梅。该工作获国家重点研发计划课题资助。
      论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30538-7.


        文章来源：清华大学
      骞伟中，清华大学化工系教授，博士生导师，中国颗粒学会理事能源颗粒材料专业委员会秘书长。骞伟中教授研究方向包括碳纳米材料的电容储能与环保应用、甲醇制芳烃催化剂与流化床技术等方面。迄今为止，骞教授已在国际高水平学术期刊发表SCI论文约120篇（H因子47），学术专著1部；先后获得侯德榜化工科技创新奖，全国优秀博士学位论文奖，教育部新世纪人才计划资助，以及国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖6项。目前，骞教授还是国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项项目负责人，中国超级电容产业联盟副理事长，中国颗粒学会理事，能源颗粒材料专业委员会副主任，中国电工学会超级电容器专业委员会委员，中国硅酸盐学会矿物材料分会理事等。