综述：FAU型沸石的合成策略及其环境应用方面的进展：基于文献计量学的综述

《Green Energy & Environment》：Advancements in synthesis strategies and environmental application of FAU-type zeolite: Bibliometric-driven review

FAU沸石因其独特的多级孔道结构和可调的酸碱性位点，在环境污染物治理中展现出重要应用价值。本文系统综述了FAU沸石的合成方法（包括模板辅助法、固相转化法及废弃物资源化利用）、功能化改性策略（离子交换、金属负载及后合成修饰），并重点分析了其在重金属吸附（如Cd2?、Pb2?去除效率达90%以上）、CO?捕获（低Si/Al比值提升吸附容量至3.7 mmol/g）及NOx催化还原（Cu修饰Y型沸石在150-400℃效率超80%）中的应用机制。研究指出，框架化学稳定性不足（极端pH下结构坍塌）、实验室与工业制备的规模化瓶颈、多金属竞争吸附机制不明为当前主要挑战，未来需结合计算模拟与高通量实验优化设计策略。

　　FAU（Faujasite）沸石作为一种多孔材料，因其独特的结构和可调的物理化学性质，在催化和吸附领域展现出广泛的应用潜力。近年来，关于FAU沸石的研究取得了显著进展，尤其是在环境污染物治理方面的应用。本综述通过文献计量分析，探讨了全球范围内FAU沸石研究的热点、合作网络以及主要研究方向，并系统地评估了其合成与功能化策略对结构和性能的影响。同时，本文还详细讨论了FAU沸石在重金属去除、CO?捕集以及催化NO?还原等环境应用中的表现。尽管取得了诸多进展，但仍然存在一些关键的挑战，如极端pH条件下的化学稳定性问题、从实验室到工业生产的可扩展性障碍，以及提升催化效率的需求。通过结合基础理论与应用导向的研究，本文识别了当前知识空白，并展望了FAU沸石在可持续环境修复中的合理设计方向。

FAU沸石因其三维结构和可调节的骨架阳离子位点，成为解决环境问题的重要材料。其多级孔道结构和较高的比表面积，使其在吸附和催化反应中具有优势。FAU沸石在环境治理中的应用，包括吸附和催化反应，已被广泛研究。然而，由于其在极端pH条件下的结构不稳定性，以及从实验室到工业生产的可扩展性问题，这些材料的广泛应用仍面临挑战。此外，其催化效率仍有提升空间，特别是在复杂反应条件下的表现。因此，研究者们正在探索多种策略，以提高FAU沸石的化学稳定性、可扩展性和催化性能。

文献计量分析揭示了FAU沸石研究的全球趋势。从2000年到2024年，FAU沸石相关的研究论文数量持续增长，尤其是在2019年达到峰值。中国和美国在该领域的研究产出和影响力均位居前列，其中中国在2013年后成为FAU沸石研究的主导力量。美国则在引用次数和影响因子方面表现出色。这些研究不仅聚焦于FAU沸石的合成方法，还涵盖了其在催化、吸附和材料工程中的应用。FAU沸石的多学科研究趋势表明，其在可持续发展和环境治理中的重要性日益凸显。

在FAU沸石的合成方面，研究者们采用了多种策略，包括原位结晶和后合成修饰。原位结晶方法通常涉及模板引导和模板自由的路径，其中模板引导方法通过调节Si/Al比例和结构导向剂，实现了对FAU沸石结构的精确控制。模板自由方法则通过优化反应条件，如温度、时间等，减少了对模板的依赖。此外，利用工业固体废弃物作为原料，如燃煤产生的粉煤灰、氧化铝渣和冶金渣，也成为FAU沸石合成的热点。这些方法不仅降低了生产成本，还实现了资源的循环利用，有助于减少环境污染。

后合成修饰方法则通过引入金属簇、纳米颗粒或单原子，提高了FAU沸石的催化性能。例如，浸渍法和离子交换法被广泛用于将金属物种引入沸石孔道，从而增强其吸附和催化活性。此外，研究者还开发了多种修饰策略，如脉冲超声辅助浸渍、分层孔道设计等，以改善沸石的结构稳定性和催化效率。这些方法为FAU沸石的功能化提供了多样化的选择，使其能够适应不同的环境应用需求。

FAU沸石在环境中的应用主要集中在重金属吸附、CO?捕集和NO?催化还原。在重金属去除方面，FAU沸石因其高比表面积和可调的离子交换能力，被广泛用于处理工业废水中的重金属离子。例如，研究发现，FAU沸石对Pb2?、Cd2?、Hg2?等离子的吸附能力显著，且在多金属系统中表现出良好的选择性。此外，通过引入金属物种或调节骨架结构，可以进一步提升其吸附能力。

在CO?捕集方面，FAU沸石因其高比表面积和可调节的骨架阳离子位点，成为重要的吸附材料。研究表明，通过调节Si/Al比例和引入Ca2?等离子，可以显著提高FAU沸石对CO?的吸附能力。同时，分层孔道结构的引入有助于改善CO?的扩散特性，从而提高其吸附效率。这些方法为实现高效、可持续的CO?捕集提供了新的思路。

在NO?催化还原方面，FAU沸石因其丰富的酸性位点和可调的金属负载能力，被广泛用于NH?-SCR（选择性催化还原）反应。研究发现，Cu-FAU沸石在NO?去除方面表现出优异的催化活性，其性能受到金属负载量、孔道结构和酸性位点分布的影响。此外，通过引入稀土金属（如La3?、Ce??）和调控酸性位点，可以进一步提升FAU沸石在NO?还原中的性能。然而，其在高温下的热稳定性以及对硫中毒的抵抗能力仍然是需要解决的问题。

尽管FAU沸石在环境应用中展现出巨大的潜力，但其研究仍面临一些关键挑战。首先，FAU沸石在极端pH条件下的结构稳定性不足，这限制了其在复杂环境中的应用。其次，实验室规模的合成方法与工业生产需求之间存在显著差异，这使得其大规模应用受到阻碍。此外，FAU沸石的催化效率仍有提升空间，特别是在低温条件下的表现。为解决这些问题，研究者们正在探索多种策略，包括优化合成条件、开发新的功能化方法和采用先进的表征技术。

未来的研究应重点关注FAU沸石的结构-性能关系，以实现其在环境治理中的优化设计。通过结合先进的表征技术（如同步辐射X射线吸收光谱、环境压力X射线光电子能谱等）和计算方法（如密度泛函理论模拟和机器学习算法），可以更深入地理解FAU沸石的吸附和催化机制，从而开发出更高效、更稳定的材料。此外，探索可持续的合成方法，如利用工业废弃物作为原料，以及开发具有高选择性和高催化效率的多金属系统，也将是未来研究的重要方向。

总之，FAU沸石在环境治理中的应用前景广阔，但其研究仍需克服诸多挑战。通过多学科交叉研究和创新技术的引入，FAU沸石有望成为解决环境问题的重要材料，推动可持续工业发展。