于吉红院士课题组NSR：调控Si原子分布，优化SAPO分子筛

沸石分子筛是化学工业中最重要的非均相催化材料，其催化反应的活性位点位于其四配位的骨架原子周围，对骨架原子的分布进行调控，可以优化分子筛的物理化学性能——对于硅铝分子筛，可调控其骨架Al原子的分布；对于硅磷酸铝（SAPO）分子筛，则可以调控其骨架中的Si原子分布。

然而，相较于调控硅铝分子筛中的Al原子，调控SAPO分子筛骨架中的Si原子分布更具挑战。这是因为Si原子之间容易形成Si–O–Si键，进而团聚形成硅岛，而降低Si原子的引入量则会减缓SAPO分子筛生长，导致产率降低或者形成杂相。同时，由于引入的量较小，SAPO分子筛中孤立Si原子的确切位置无法通过传统的实验表征技术确定。因此，SAPO分子筛中孤立Si原子的分布对分子筛物理化学性质的影响机制至今尚未明晰。

近日，吉林大学于吉红课题组利用模板剂分子设计，从原子尺度上对SAPO分子筛中的Si原子分布进行了调控，同时结合高通量计算与先进表征技术阐明了模板剂分子调控Si分布的可能机制。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。

高通量计算与实验表征结合，揭示模板剂调控SAPO分子筛中孤立SiO₄四面体分布和其物理化学性质的理论机制

研究者采用N-甲基哌啶（NMP）作为模板剂，合成了具有LEV拓扑结构的SAPO-35分子筛，并将其与以传统模板剂六亚甲基亚胺（HMI）合成的SAPO-35分子筛进行对比。结果，NMP导向的SAPO-35样品展现出更高的热稳定性和甲醇制烯烃催化寿命。

借助对44697个SAPO-35结构模型的高通量计算，结合²⁹Si固体核磁表征和同步辐射XRD结构解析，研究者揭示了SAPO-35分子筛中孤立Si原子的分布情况。其特定分布的不同是由于两种模板分子对LEV拓扑不同的结构导向效应引起的。

该工作表明，SAPO分子筛中的孤立Si原子的分布可通过特定模板剂分子提供的主客体相互作用来进行调控，这为优化SAPO分子筛的物理化学性质提供了新的研究思路。

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Unraveling templated-regulated distribution of isolated SiO₄ tetrahedra in silicoaluminophosphate zeolites with high-throughput computations

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac094

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