在能源转化、化学品合成和环境治理等领域，负载型金属催化剂扮演着关键角色。然而，传统催化剂往往面临活性低、选择性差、易失活等问题。近年来，研究者们发现，将金属物种与沸石分子筛进行有效“匹配” (图1)，可显著提升催化性能。近日，浙江大学肖丰收教授、王海研究员团队在CCS Chemistry 上发表最新综述，总结了分子筛与金属物种协同，提升催化反应性能的新进展，为设计高效分子筛-金属催化材料提供了借鉴。
图1. 分子筛-金属匹配用于高效催化。图片来源：CCS Chem.
分子筛是一类具有规则孔道结构的晶体材料，其独特的微孔结构、高比表面积和丰富的缺陷位点，使其不仅能稳定金属颗粒、防止其烧结或流失，还能通过空间限域和电子效应对反应物和产物的扩散、吸附构型乃至金属动态结构变化进行有效调控。例如：
1. 扩散调控：提高反应活性
在某些反应中，中间体或反应物在催化剂表面的扩散直接影响反应活性。例如，在甲烷氧化制甲醇反应中，研究团队设计了一种“分子围栏”催化剂（AuPd@ZSM-5-R），利用疏水有机基团修饰分子筛外表面，成功将生成的过氧化氢物种富集在分子筛晶体内，显著提高了甲烷选择性氧化性能。类似地，在烯烃氢甲酰化反应中，利用分子筛的疏溶剂效应，成功将气体反应物（如乙烯、CO、H2）富集在分子筛晶体内部，大幅提升了氢甲酰化反应速率。
2. 吸附姿态调控：提升产物选择性
反应物在金属表面的吸附方式直接影响产物选择性。例如，在硝基芳烃选择性加氢反应中，分子筛孔道可诱导反应物线式吸附，仅使硝基与金属接触，从而实现硝基的高选择性加氢。而在无分子筛调控的传统催化剂上，反应物倾向于平躺吸附，导致多个官能团被加氢，选择性下降。该方法同样也可以应用到氢甲酰化反应以及生物质平台分子选择性加氢反应过程。
3. 动态结构调控：增强催化剂稳定性
金属颗粒在高温或氧化还原环境中易发生烧结、迁移或结构重组，导致失活。分子筛通过其缺陷位点（如硅羟基巢）可捕获迁移的金属物种，甚至实现金属颗粒的“再分散”。例如，Cu/Beta-deAl催化剂在甲醇气氛中可实现Cu颗粒的逆奥斯特瓦尔德熟化，从而在草酸二甲酯加氢反应中表现出优异的稳定性。利用分子筛调控氧化-还原气氛下金属物种的可逆动态结构演变，也可以实现丙烷脱氢等重要工业反应中催化剂使用寿命的大幅提升。
尽管金属-分子筛催化剂在多相催化反应过程中展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战，例如：（1）高金属负载量下的金属分散问题；（2）金属落位的精准控制；（3）从模型反应到工业应用：需关注并拓展至更具工业意义反应体系，如CO2转化、CH4活化等；（4）多技术联用与模拟：结合原位表征、机器学习和人工智能，深入理解催化过程中的催化剂结构演变与反应机制。
分子筛与金属的“匹配”不仅是一种催化剂设计策略，更是一种多尺度调控催化过程的系统工程。通过理性设计，实现分子筛的孔道结构、缺陷位点与金属物种的电子结构、动态行为的协同作用，有望在能源、化工、环保等领域开辟新的催化应用场景。随着合成技术、表征手段和理论模拟的不断进步，金属-分子筛催化剂必将在未来的多相催化研究中发挥越来越重要的作用。
上述成果近期发表在CCS Chemistry 上。通讯作者为浙江大学化学工程与生物工程学院肖丰收教授和王海研究员。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Matching Zeolites with Metal Species for Efficient Catalysis
Hai Wang*, Liang Wang, and Feng-Shou Xiao*
CCS Chem. 2025, DOI: 10.31635/ccschem.025.202506367
研究团队简介
王海，浙江大学化学工程与生物工程学院研究员，致力于高效负载型金属催化剂的设计制备，用于催化加氢及清洁能源利用。先后主持2021年度博士后创新人才支持计划（“博新计划”），中国博士后科学基金面上资助一等，国家自然科学基金青年基金等项目。作为项目骨干参与国家自然科学基金委重大研究计划，国家重点研发计划等项目。截至目前，已经在国内外著名学术期刊发表论文40余篇，其中以第一/通讯作者（共同）在Nature Catalysis、Nature Chemical Engineering、催化学报、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.、ACS Cent. Sci.等期刊共发表论文30余篇，申请专利12项，授权7项。获得浙江省青托、中国催化新秀奖、中国化工学会“基础研究成果奖”一等奖等奖励。
https://www.x-mol.com/university/faculty/386199
肖丰收，浙江大学求是特聘教授，博士生导师。研究领域包括微孔沸石的合成表征与催化性能的研究、介孔沸石催化材料的合成表征与催化性能的研究、多孔有机聚合物催化材料的合成表征与催化性能的研究、生物质的高效催化转化、环境催化。在Science、Nat. Catal.、Chem、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平杂志上作为通讯作者发表论文，他引超36000余次，曾获国家杰出青年科学基金、2021年中国分子筛成就奖、2025年国际分子筛协会成就奖(Breck Award)、2025年亚太催化协会(APACS)成就奖、教育部自然科学二等奖、教育部优秀青年教师、跨世纪优秀人才、2021年中国分子筛成就奖、Thomson Scientific卓越研究奖、浙江省技术发明一等奖等。当前兼任Ind. Eng. Chem. Res.杂志副主编，国际分子筛协会副主席和亚太催化协会主席。
肖丰收
https://www.x-mol.com/university/faculty/14411
课题组主页
http://www.chem.zju.edu.cn/xiaofs/
