复旦大学唐颐、张宏斌团队 | 微爆破法制备c轴穿透式介孔二维薄层MWW沸石纳米片
沸石纳米片是一种新兴的二维(2D)纳米材料，其具有丰富可调变的性质和多样化的应用前景，而薄层二维沸石纳米片的构筑是其中的关键步骤之一。MWW拓扑结构的沸石晶层由于独特的表面半超笼结构、丰富的表面硅羟基阵列、较大的外表面积及暴露的酸性位点等特点而备受关注。目前所发展的直接合成法“bottom-up”和后处理法“top-down”往往需要引入有机强碱、有机溶剂或金属盐，可能会造成骨架破损或环境污染问题；另一方面，有机结构导向剂的去除、二级孔道的构筑、离子交换、酸性位点或其他功能性位点所涉及的多步后处理操作可能会导致二维沸石晶层某些特性的丢失，影响其在涉及大分子底物（如废弃聚合物、重质油、生物质等）催化反应中的性能。此外，在大分子吸附扩散或反应过程中，介孔与微孔在结构完整的晶体中高度融合并相互连通的多级孔道结构可通过改善传质能力和孔道接触性从而实现更好的扩散特性。因此，如何有效、可控地制备具有分级结构和强化性能的特征性薄层二维沸石材料，仍有待研究。
近日，复旦大学唐颐、张宏斌团队提出了一种高效、绿色、可控的方式，以乙醇胺预处理（LSCE过程）后的样品为基础，采用H2O2诱导的微爆破方法（图1）制备了一系列高分散、具有c轴穿透式介孔（3-5 nm）的薄层MWW沸石纳米片（记为MWW-ME），仅包含2-4个MWW沸石晶层（图2）。
图1 过氧化氢诱导的微爆破过程以及液相软化学处理过程示意图
图2 过氧化氢诱导的微爆破处理后典型样品的特征
通过简单改变合成体系中H2O2的含量即可实现对样品孔隙度和多级化程度的可控调节（图3）。由于H2O2的氧化性，所制备的具有c轴穿透介孔的MWW-ME材料几乎不含有机物，同时提高了MWW沸石晶层层内10-MR孔道的可及性以及10-MR和12-MR孔道体系之间的连通性（图4），但该方法对其特征骨架结构和酸性等固有性质的影响较小。
图3 不同H2O2含量处理的多级孔薄层材料。MCM-22和MWW-ME(x)系列样品的（A，B）Ar-BET结果，（C）27Al MAS NMR图谱，（D）MWW沸石骨架Al原子落位示意图
图4 MCM-22和MWW-ME(4)样品的IGA测试分析
进一步的研究表明，在结构完整的MWW-ME材料中，c轴穿透式介孔与微孔高度融合的多级孔道结构可以改善大分子传质性能（图4），在大分子液相烷基化反应中表现出更高的活性，同时可提高聚丙烯催化裂解产物的芳构化比例（图5）。
图5 MCM-22和MWW-ME(4)样品的催化效果。（A）大分子液相烷基化反应，（B）聚丙烯催化裂解
这项工作为更合理、可控地设计和应用层状多级沸石催化剂提供了一种新型、多功能和适用范围较广的协同后处理方法，具有工业应用的潜力。
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c-Axis-penetrated mesoporous MWW zeolite nanosheets: preparation by H2O2-induced micro-explosion and their enhanced properties
Chunna Zhang, Feng Lin, Lingtao Kong, Zhaoqi Ye, Di Pan, Hongbin Li, He Li, Peng Liu, Yahong Zhang, Hongbin Zhang and Yi Tang
Inorg. Chem. Front., 2022, 9, 4030-4040
https://doi.org/10.1039/D2QI00928E
*文中图片皆来源上述文章
通讯作者简介
唐颐 教授
复旦大学 化学系
唐颐，复旦大学化学系教授，博士生导师，曾担任科技部国家重大科学研究计划项目首席科学家，获得国家杰出青年科学基金资助。长期从事多级有序结构功能材料的纳米组装化学及功能化研究，在介微孔分子筛材料、低维杂化纳米材料、金属非氧化物构筑及其在能源催化等领域的应用中获得系列成果，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表论文250余篇。曾获国家自然科学二等奖、上海市科技进步一等奖、上海市自然科学牡丹奖、上海市科技精英、上海市领军人才等奖励。
张宏斌 副研究员
复旦大学 中华古籍保护研究院
张宏斌，复旦大学中华古籍保护研究院副研究员，硕士生导师。主要从事多孔无机功能材料、文物保护与传统写印材料相关的科学基础、材料研制、应用技术研究。在Chem. Mater.、ACS Catal.、J. Mater. Chem. A 、Inorg. Chem. Front.等期刊发表论文40余篇，受邀封面文章3篇。申请发明专利15项，授权8项。主持国家自然科学基金2项、其它省部级项目5项；以分课题负责人和项目骨干参与国家重点研发计划文化遗产保护利用专项1项、纳米专项1项。
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