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于吉红院士课题组Adv. Mater：分子筛负载金属催化剂在催化领域的研究进展

邃瞳科学云

2021-10-24

导读：本文系统地总结了近5年来有关于分子筛负载金属催化剂在重要非均相催化过程中的应用研究进展，包括加氢反应、脱氢反应、氧化反应（等。

第一作者和通讯作者：第一作者：孙启明，通讯作者：于吉红

通讯单位：苏州大学

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202104442

关键词：分子筛，金属，多相催化，负载型催化剂

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分子筛是一类具有规则的孔道结构、较大比表面积以及可调变酸碱度的结晶纳米孔材料，被广泛应用于各种重要的工业反应中，并展现出优异的催化活性和产物选择性。例如，具有FAU 拓扑结构、12元环孔道的铝硅酸盐Y分子筛被广泛应用于石油的催化裂化; 具有MFI 拓扑结构、10元环孔道的铝硅酸盐ZSM-5分子筛广泛应用于油品升级和择形异构化反应; 具有CHA 拓扑结构、8元环孔道的硅磷酸铝SAPO-34是目前最常用的甲醇制烯烃工业催化剂。近几十年来，分子筛也被证明是限域合成超小尺寸金属物种（如纳米粒子、团簇、单原子和离子）的理想载体。分子筛负载金属催化剂在众多的非均相催化过程中展现出优异的催化活性和稳定性，引起学术界和工业界的广泛关注。与其他负载型金属催化剂相比，分子筛负载型金属催化剂具有更小且更加稳定的金属物种，在催化反应中（尤其在高温高压等苛刻的反应条件下）具有良好的（水）热稳定性，同时在催化反应中具有独特的择形催化性能。

一般情况下，分子筛负载金属催化剂中的金属物种位置可分为四类：（A）金属物种负载在沸石晶体的外表面；（B）金属物种被封装于沸石晶体内部：包括金属物种被锚定在分子筛骨架上、金属物种被限域在分子筛的微孔孔道内部、金属物种被包裹在分子筛的介孔孔道或者缺陷位；（C）金属物种被封装于分子筛的空腔内；（D）金属物种与沸石物理混合（如图1所示）。

图1. 分子筛负载金属催化剂中的金属物种位置示意图

近年来，分子筛负载金属材料是多相催化中最常用的催化剂之一，该类材料的合成与催化研究也已成为科学研究的热点。近期，于吉红院士苏州大学团队系统地总结了近5年来有关于分子筛负载金属催化剂在重要非均相催化过程中的应用研究进展，包括加氢反应（如CO/CO₂加氢、不饱和化合物加氢、含氮化合物的氢化）、脱氢反应（如烷烃脱氢、化学储氢材料脱氢）、氧化反应（如CO氧化、甲烷氧化、烯烃环氧化）及其他反应（如加氢异构化反应、选择性催化还原DeNOx反应）等。此外，文章还着重分析了分子筛负载金属催化剂在各类催化反应中的优势和局限性，并展望了分子筛负载金属催化剂在未来合成及催化中所面临的机遇和挑战。该综述为分子筛负载金属催化剂在多相催化中的应用及未来的发展提供了借鉴与参考。

课题组介绍

于吉红，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、欧洲科学院外籍院士、瑞典皇家科学院外籍院士、中国化学会副理事长、中国化学会分子筛专业委员会主任；Journal of the American Chemical Society（JACS）执行主编，《高等学校化学学报》和Chemical Research in Chinese Universities两刊主编，Accounts of Chemical Research, JACS-Au, Advanced Materials, Chem, Matter, Materials Horizons, ACS Nano, ACS Central Science, ACS Materials Letters, Inorganic Chemistry, Materials Chemistry Frontiers, National Science Review等国际期刊编委/顾问编委。面向能源、环境及新兴领域的需求，其主要开展分子筛多孔材料的设计合成及其催化、分离和主客体组装性能的研究。与合作者在包括Science、Nature、Nat. Rev. Mater.、JACS、Nat. Commun.、Chem、Angew Chem. Int. Ed.等国际学术期刊上发表SCI检索论文近400篇；连续6年被爱思唯尔评为化学领域的“中国高被引学者”；获得国家自然科学二等奖2项，荣获国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）化学化工杰出女性奖，“全国模范教师”荣誉称号等；主持国家重点研发计划、国家自然科学基金重点及重大国际合作研究项目等，是国家自然科学基金委创新研究群体学术带头人、“高等学校学科创新引智计划”基地负责人。

详细内容参见课题组网页：http://melab.jlu.edu.cn/

孙启明，苏州大学材料与化学化工学部，化学科学国际合作创新中心教授，博士生导师。于2011年和2016年分别在吉林大学获得学士和博士学位。随后在吉林大学、香港中文大学和新加坡国立大学从事博士后研究。2020年9月入职苏州大学材化部担任特聘教授。近年来，一直从事分子筛的合成与催化研究。先后开发出一系列新颖的合成策略，制备纳米尺寸、多级孔道结构分子筛及分子筛限域亚纳米/单原子金属催化剂，并将其应用于诸多工业催化反应（如甲醇制烯烃、丙烷脱氢）、新能源开发利用（如液相化学储氢、光水解制氢）及二氧化碳加氢等领域。近五年，以第一/共同第一作者/通讯作者在Chem、J. Am. Chem. Soc（2篇）、Angew. Chem.（3篇）、Adv. Mater.（4篇）、Natl. Sci. Rev.、Adv. Sci.等国内外重要期刊发表论文18篇。3篇论文入选化学领域ESI高被引论文。2020年11月荣获中国化学会“菁青化学新锐奖”，2021年9月荣获中国分子筛“新秀奖”。

个人主页：https://chemistry.suda.edu.cn/31/95/c17986a405909/page.htm

于吉红院士苏州大学团队常年招聘硕士和博士10~20名，并拟招收博士后研究员2~3名，研究背景为多相催化体系的理论计算研究、面向能源化工和环境催化的分子筛基多相催化研究等，欢迎感兴趣的同学和研究者与我们联系。

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