利用FraGen程序预测沸石分子筛的骨架结构

沸石分子筛是一类广泛应用于各种化工领域的微孔材料. 利用计算机方法搭建理论上合理的沸石骨架模型, 即沸石分子筛的结构预测, 不仅可以用来对已合成的沸石材料进行结构解析, 而且可以用来设计尚未被合成的具有新颖结构的沸石材料, 为未来实现沸石分子筛的定向合成提供靶向结构. 目前, 沸石材料的结构预测面临着许多亟待解决的难题, 其中最突出的问题是现有的结构预测方法产生合理结构的效率仍然非常低. 针对这一问题, 我们课题组开发了一套专门用于预测无机晶体结构的计算机程序——FraGen. FraGen程序可以在指定的晶胞内产生原子, 并根据平行回火的Monte Carlo 原理调整晶胞内原子的位置, 以产生合理的晶体结构. 在本文中, 我们首次利用FraGen 程序, 以已知的AET沸石结构为模板, 通过单独控制每个原子的Wyckoff点对称性, 预测出一系列新颖的沸石结构. 对比已有的结构预测方法, 我们的新方法在相同的条件下能够预测出更多化学上合理的沸石结构.     

新型三维开放骨架磷酸铝[C4H14N2][Al4P5O19OH]的合成、表征及结构导向研究

以1,4-丁二胺(BDA,C4H12N2)为结构导向剂,在水热条件下合成了一例新型三维阴离子开放骨架磷酸铝化合物[C4H14N2][Al4P5O19OH](AlPO-BDA),用单晶X-射线衍射确定了其结构,并用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),热重以及元素分析等进行了表征。该开放骨架在[100]和[010]方向上分别具有8和12元环的椭圆形孔道,并相互交叉形成联通的二维孔道系统。以1,6-己二胺(HDA)、1,5-戊二胺(PDA)或2-甲基1,5-戊二胺(MPMD)为结构导向剂,在水热条件下也可得到与AlPO-BDA非常类似的开放骨架拓扑结构,表明这些有机胺在一定的条件下和1,4-丁二胺具有相同的拓扑结构导向作用,但有机胺的尺寸和形状对开放骨架的结晶学对称性及孔道形状有显著的影响,有机胺分子中N-N之间的距离同开放骨架的理论表面积和孔自由体积存在明确的相关性。     

多级孔NaX分子筛的合成及CO2吸附性能

采用两步晶化和氨基酸辅助的协同合成策略, 制备了具有高产率(89%)和高结晶度(微孔体积为0.30 cm ³/g)的多级孔NaX分子筛. 利用X射线粉末衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜和氮气吸附等技术, 考察了两步晶化和氨基酸加入量对NaX分子筛的形貌、 相对结晶度和产率的影响. 实验结果表明, 两步晶化有利于多级孔结构的产生, 氨基酸的引入有助于提高分子筛相对结晶度和产率. 与传统方法合成的NaX分子筛相比, 该合成策略制备的多级孔NaX分子筛展现出更优异的CO₂吸附性能, 在273 K和100 kPa条件下, 其CO₂吸附量达到154.2 cm ³/g, 而传统NaX分子筛的CO₂吸附量为147.6 cm ³/g. 该合成策略为绿色且高效制备高质量的多级孔分子筛提供了新思路.     

氨基酸辅助合成高活性六配位钛物种的TS-1分子筛

TS-1分子筛是以TO4(T=Si,Ti)四面体为基本单元,通过氧桥连接而形成的具有MFI拓扑结构的微孔晶体材料,其在催化烯烃环氧化、酮类氨肟化、氧化脱硫及芳香烃羟基化等氧化反应中表现出较好的催化活性.目前,提高TS-1分子筛催化性能的方法主要包括:(1)制备纳米和多级孔TS-1分子筛,以提高其扩散传质性能;(2)提高TS-1分子筛的钛含量并抑制锐钛矿相的产生,以增加其催化活性位点.最新研究表明,相比于传统四配位钛物种(TiO4)作为催化活性中心,六配位(TiO6)钛物种在烯烃环氧化反应中具有更高的催化活性,可进一步降低反应活化能,最终实现高效催化转化.然而,TiO6物种结构中的Ti-OH组分,易导致开环反应发生,从而降低环氧化产物的选择性.因此,构筑高活性TiO6物种及调变TiO4/TiO6比例,对提高烯烃转化率及环氧产物选择性具有重要意义.当前,高活性钛物种的结构表征及其构筑已成为研究热点且仍面临挑战.本文协同采用氨基酸辅助合成策略和两步晶化方法,成功地制备出具有TiO4和TiO6物种且无锐钛矿相的多级孔TS-1分子筛.在该协同策略中,两步晶化过程有利于抑制锐钛矿相的形成,而氨基酸的引入对高活性TiO6物种的构筑具有重要作用.氨基酸分子可与钛原料形成螯合物,为TS-1分子筛晶化提供"养料",并有效平衡晶体成核与生长速率及稳定TiO6物种,最终实现制备富含TiO6物种的多级孔TS-1分子筛.相比于传统TiO4物种作为催化活性中心(1-己烯的转化率<25％,环氧化产物选择性>95％),本文所制备的TS-1分子筛(Si/Ti=36.9)因其兼具TiO4和TiO6物种,在1-己烯环氧化反应中表现出更好的催化性能(1-己烯的转化率33％,环氧化产物选择性95％).这是由于TiO4物种不会导致开环反应的发生,因此可以保证较高的环氧产物选择性,而TiO6物种经H2O2活化后,可形成具有更高活性及更小位阻效应的催化中心,极大提高了1-己烯转化率.综上,本文合成策略为构筑具有高活性钛物种及多级孔结构的钛硅分子筛提供了指导作用,为调控硅铝酸盐及硅取代磷酸铝分子筛材料活性位点的含量和分布提供了新思路.     

分子筛在医学领域的应用及作用机制

沸石分子筛由于其特殊的结构特点, 优异的生物活性、生物稳定性及生物相容性, 研究人员对其进行了大量临床应用方面的研究. 研究表明, 分子筛可用作抗肿瘤治疗的佐剂、抗微生物治疗、药物的载体、快速凝血剂、防止血栓制剂等. 本文将阐述分子筛在医学领域的应用进展及发挥作用的相关机制.     

新型三维开放骨架磷酸铝[C4H14N2][Al4P5O19OH]的合成、表征及结构导向研究

以1, 4-丁二胺(BDA, C₄H₁₂N₂)为结构导向剂, 在水热条件下合成了一例新型三维阴离子开放骨架磷酸铝化合物[C₄H₁₄N₂][Al₄P₅O₁₉OH](AlPO-BDA), 用单晶X-射线衍射确定了其结构, 并用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM), 热重以及元素分析等进行了表征。该开放骨架在[100]和[010]方向上分别具有8和12元环的椭圆形孔道, 并相互交叉形成联通的二维孔道系统。以1, 6-己二胺(HDA)、1, 5-戊二胺(PDA)或2-甲基1, 5-戊二胺(MPMD)为结构导向剂, 在水热条件下也可得到与AlPO-BDA非常类似的开放骨架拓扑结构, 表明这些有机胺在一定的条件下和1,4-丁二胺具有相同的拓扑结构导向作用, 但有机胺的尺寸和形状对开放骨架的结晶学对称性及孔道形状有显著的影响, 有机胺分子中N-N之间的距离同开放骨架的理论表面积和孔自由体积存在明确的相关性。     

微孔化合物生成中的结构导向与模板作用

本文详细总结了各种客体分子或离子在无机微孔化合物生成中的结构导向与模板作用。讨论了不同合成体系中,客体与无机骨架间的非键相互作用对生成骨架结构的影响以及分子模拟在研究主-客体关系、结构导向剂设计与筛选等方面的进展。无机或有机客体与无机骨架间关系规律的研究,有助于进一步理解结构导向剂(3ＤＡ)作用的机理和微孔化合物的晶化与生成机制,对特定结构微孔化合物的定向合成具有一定的意义。     

手性膦酸锆的原位合成与表征

不对称催化和对映体拆分是有机化学中最活跃的高技术领域,其中手性固体材料的设计与合成是极具挑战性的前沿课题之一.据Corey等研究的手性技术机理,手性固体一般应该具有空间允许、手性源为官能化的有机化合物和金属离子作为反应的活性中心等三大特征．然而,迄今同时具有上述特征的手性固体材料却很少．     

油包水型微乳中层柱状磷酸锆的制备与表征

以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)和磷酸三丁酯(C4H9O)3PO为原料, 在正庚烷(C7H10)-十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/正丁醇(C4H9OH)-水的反向微乳体系中制备了Zr(HPO4)2·H2O, (H3O)+Zr2(PO4)3和Zr(HPO4)8·H2O三种不同结构的层柱状磷酸锆. 运用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等仪器对产物进行了表征, 考察了不同微乳组成对磷酸锆结构及尺寸的影响. 结果表明, 微乳体系对层柱状磷酸锆的可控制合成具有广泛意义.