理论计算指导下的【沸石分子筛】定向合成 | 浙大肖丰收团队NSR综述
近日，浙江大学肖丰收教授团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章，概述了近期理论计算指导下定向合成沸石分子筛的研究进展，提出理论计算的能量最低原理是定向合成沸石分子筛的关键，并展望了该方法在沸石分子筛定向合成中的机遇与挑战。该文将收录在NSR“分子筛科学的新纪元”专题中
沸石分子筛是一类多孔材料，广泛应用于吸附、分离、催化、离子交换等化工过程。通常，沸石分子筛是在有机模板剂存在下通过试错法合成的，整个合成过程费时费力。近年来，计算机模拟技术为沸石分子筛进行定向合成提供了一条新路径，不仅能够大幅度提升合成效率，还可以通过计算目标沸石分子筛骨架与有机模板剂的稳定化能，来实现有机模板剂定向导向合成沸石分子筛。
理论计算指导下的沸石分子筛定向合成
如上图所示，该综述从7个方面概述了该领域的近期研究进展：
设计新型有机模板剂：发展了多种新型低成本有机模板剂，替代结构复杂并且成本高昂的传统有机模板剂，实现了BOG、STW、SFW、RTH以及AEI等沸石分子筛的低成本定向合成； 新组分沸石分子筛：定向制备了硅铝型IWR和ITH沸石分子筛，避免了锗物种的使用，大幅度降低了该类沸石分子筛合成成本并提高了其稳定性，使得其实际应用成为了可能； 发展新合成路线：实现了无有机模板剂制备全硅沸石分子筛； 合成共生沸石结构：设计出定向共生沸石分子筛的有机模板剂，并在CHA/AEI共生沸石分子筛制备中获得成功，同时也预测了适用于合成BEC/ISV、MTT/TON和CHA/AFX共生沸石结构的系列有机模板剂； 创造新结构：通过有机模板剂与假想沸石分子筛结构进行能量匹配从而将有机模板剂用来导向合成相应沸石分子筛，在PST-30沸石分子筛合成中取得成功； 控制沸石分子筛形貌：通过理论计算有机模板剂对目标沸石分子筛结构导向作用和晶体生长隔断的确认，实现了目标沸石分子筛的形貌控制，并作在FER沸石纳米片合成中获得成功； 调控沸石分子筛的铝物种分布：通过采用不同结构的有机模板剂可以对目标沸石分子筛中铝物种进行定向调控。
最后，该综述对理论计算指导下定向合成沸石分子筛进行了总结和展望，指出有机模板剂和沸石分子筛骨架之间的能量匹配性是定向合成沸石分子筛的关键。考虑到有机模板剂的价格问题，未来通过对无机阳离子模板剂和沸石分子筛骨架之间的能量匹配性来定向合成沸石分子筛是一种新趋势。当然，该策略制备沸石分子筛也有一定的技术挑战性，如在具体制备中合成参数复杂及沸石分子筛结构缺陷等问题，这些因素会对定向合成造成一定的干扰。总之，理论计算指导下定向合成沸石分子筛为沸石分子筛制备化学打开了一条新路径，使得合成更加高效、成本更低以及更省时。
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Targeted synthesis of zeolites from calculated interaction between zeolite structure and organic template
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac023