调控SiO2 /Al2 O3 摩尔比与结晶动力学实现平行排列棒状纳米晶分级T型分子筛的简易合成

针对传统T型分子筛扩散限制和合成周期长的问题，研究人员通过精准调控SiO2 /Al2 O3 摩尔比（10）和结晶动力学（373 K/48 h），成功制备出具有平行排列棒状纳米晶（宽～73 nm）的分级T型分子筛（HT zeolites）。该材料展现高比表面积（489.6 m2 /g）和优异CO2 吸附性能（4.01 mol/kg），为分子筛设计提供了新思路。

　　

论文解读
在催化与分离领域，微孔分子筛因其规整孔道结构备受青睐，但传统T型分子筛（由erionite和offretite共生形成）存在扩散限制问题——其0.36×0.51 nm的孔道易被ERI堆垛缺陷阻塞。尽管通过双模板法或微波辅助合成可制备分级结构，但这些方法成本高、工艺复杂。更棘手的是，低SiO₂
/Al₂
O₃
摩尔比（<20）下易产生杂相（如CHA相），且传统合成需6-8.5天。如何通过简易方法获得高结晶度、高比表面积的T型分子筛，成为突破性能瓶颈的关键。

国家自然科学基金项目支持的研究团队提出创新解决方案：通过单模板（TMAOH）体系，仅调控SiO₂
/Al₂
O₃
摩尔比和结晶条件，在浓缩凝胶中实现平行排列棒状纳米晶（宽～73 nm）的自组装。该成果发表于《Microporous and Mesoporous Materials》，揭示了分子筛成核-生长机制的普适性规律。

关键技术方法
研究采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征晶体结构，通过N₂
物理吸附测定比表面积（BET法），结合选区电子衍射（SAED）分析晶格取向。采用Gualtieri模型和Arrhenius方程计算成核（43.0±3.2 kJ/mol）与晶体生长（36.5±1.7 kJ/mol）活化能，并通过变温实验（353-403 K）追踪结晶动力学。

研究结果
1. 材料特性
优化后的HT分子筛呈现宽度恒定的棒状单晶（SAED验证），沿c轴生长，a/b轴为短轴方向。XRF显示Si/Al比为2.74，BET比表面积达489.6 m²
/g，显著高于常规分子筛。

2. 合成参数影响
当SiO₂
/Al₂
O₃
=8时出现核桃状CHA杂相；比值升至10时获得纯HT相。结晶曲线呈S型，48小时（373 K）达到最佳结晶度，纳米棒平行排列且宽度稳定。

3. 吸附性能
CO₂
吸附量达4.01 mol/kg（1 bar, 273 K），CO₂
/N₂
初始/终末吸附比分别为40.4和5.4，显示优异分子筛分能力。

结论与意义
该研究首次证实通过简单参数调控即可实现T型分子筛的可控分级结构构建。成核活化能高于晶体生长的发现（43.0 vs 36.5 kJ/mol），为分子筛合成动力学提供理论依据。平行排列纳米棒结构既保留微孔选择性，又通过介孔加速传质，在CO₂
捕集等领域具应用潜力。Linzhe Li与Jianhua Yang团队的工作为其他分级材料设计提供了普适性范式。