文章來源：大連化學(xué)物理研究所

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部研究員郭鵬和中國工程院院士劉中民團(tuán)隊(duì)基于對(duì)分子篩結(jié)構(gòu)與合成的理解，使用商業(yè)化模板劑合成了穩(wěn)定的全新超大孔磷鋁分子篩DNL-11，利用三維電子衍射技術(shù)解析出了DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)。

磷鋁分子篩是由磷氧四面體和鋁氧四面體共氧頂點(diǎn)相互連接組成的具有規(guī)則孔道或者籠狀結(jié)構(gòu)的磷鋁酸鹽材料。這類材料不僅是磷酸硅鋁分子篩和金屬磷酸鋁分子篩進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，而且是重要的催化劑載體和吸附劑。磷鋁分子篩的性能與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通常，分子篩的晶體尺寸屬于亞微米甚至納米級(jí)別，傳統(tǒng)的X-射線單晶衍射法難以進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)分析，這在一定程度上限制了分子篩的發(fā)展。該團(tuán)隊(duì)聚焦電子晶體學(xué)和X-射線粉末晶體學(xué)，針對(duì)納米晶態(tài)多孔材料的結(jié)構(gòu)解析、基于結(jié)構(gòu)表征輔助的分子篩合成方法的開發(fā)、分子篩中的構(gòu)-效關(guān)系開展了系統(tǒng)性研究工作。

該工作通過先進(jìn)表征手段理解了已知分子篩中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用機(jī)制，并應(yīng)用于分子篩的設(shè)計(jì)合成過程。團(tuán)隊(duì)通過使用商業(yè)化結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，合成了全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分子篩，命名為“DNL-11”。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)利用三維電子衍射技術(shù)與PXRD精修技術(shù)對(duì)DNL-11進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析與精修，直接確定了DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的落位。研究發(fā)現(xiàn)，DNL-11擁有一維的16元環(huán)超大孔道，其中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑以兩列交叉的形式排列，并通過π-π堆積作用力進(jìn)行超分子組裝；所有結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑均質(zhì)子化，并與骨架上的氧原子發(fā)生相互作用。此外，團(tuán)隊(duì)證明DNL-11能夠在高達(dá)1000℃的溫度下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在極低濕度環(huán)境中展現(xiàn)出良好的水吸附性能。

相關(guān)研究成果以Unraveling a Stable 16-Ring Aluminophosphate DNL-11 through Three-Dimensional Electron Diffraction for Atmospheric Water Harvesting為題，發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

大連化物所利用三維電子衍射技術(shù)解析全新超大孔磷鋁分子篩