研究成果

（2）多级孔介观结构材料：

多功能模板剂导向构筑多级孔介观结构沸石分子筛

高度结晶的硅铝酸盐微孔沸石分子筛基于其独特的孔道结构已经被广泛应用在水处理、分离吸附、离子交换、工业催化等领域。但是，因为微孔的尺寸太小，限制了其对直径较大的有机物分子的催化与分离，而介孔或大孔的引入将有效地解决这一难题。通过两亲性模板剂分子的自组装一步合成有序的多级孔沸石分子筛材料被认为是合成介孔沸石分子筛最可行的方法。尽管人们已经在这方面取得了初步的进展，但是新型的模板剂分子的设计、功能化分子导向合成的作用机理及普遍性仍然是亟待解决的问题和挑战。

本课题组创建多功能模板剂导向法，首次在单季铵头两亲性分子的疏水链末端引入芳香基团，通过其共轭基团之间的π-π堆积作用，成功地合成了层状结构的单晶相MFI型沸石纳米片层状组装结构，并对两亲性分子的结构导向机理进行了详细的研究；基于模板剂-MFI体系的计算机模拟分析，设计了双季铵头的Bola型两亲性分子并合成出具有90º交叉共生结构的大孔-介孔-微孔多级孔MFI分子筛材料；利用具有三个分支的季铵型两亲性分子合成出具有三维孔道结构的单晶相ZSM-5。本课题组提出了新型模板剂分子的设计理念，并加深了人们对有机客体分子导向形成无机晶体骨架结构的认识（Nat. Commun. 2014, 5. 4262）。

多功能模板剂导向构筑层状微孔-介孔材料的形成（A）及具有90º交叉共生结构的大孔-介孔-微孔多级孔MFI分子筛（B）

目前，对设计合成具有一维层状介观结构分子筛有诺干报道，但是这些层状结构除去模板剂分子后会坍塌。迄今为止，只有Ryoo等报道用软模板法导向合成具有二维有序介观结构的类MFI型分子筛。本课题组设计合成一种新型的两亲性模板剂：将偶氮基团引入具有双季氨头的表面活性剂的疏水端。偶氮基团具有反式和顺式两种构型，在本课题的合成体系中，偶氮基团始终保持反式构型。偶氮基团之间具有很强的π-π相互作用，而且反式构型的偶氮基团具有平面分子构型，诱发含偶氮基团的模板剂容易形成螺旋棒状胶束。该棒状胶束外部的季铵盐导向合成MFI型沸石骨架，棒状胶束则不仅可以阻断MFI型沸石的生长，而且可以调节自身的螺距等来匹配MFI型沸石的晶体结构几何构型，最终形成具有二维四方介观结构的MFI型沸石。相关论文发表在 Angew. Chem. Int. Ed. 上，并评为VIP paper。

多功能模板剂导向构筑二维四方多级孔MFI分子筛