北京航空航天大学JACS：面向生物质催化热解定制化的漏斗结构12×10环分子筛

云深

2025-12-17

全文概要

北京航空航天大学梁洁教授团队 报道了一种通过原位部分分子筛转化策略合成的核壳结构HS-ZSM-5@Beta杂化分子筛，其专为生物质催化快速热解（CFP）定制。该材料具有无缝的核壳界面和独特的漏斗状12×10元环（MR）孔道结构（12-MR位于Beta壳层，10-MR位于ZSM-5核层）。研究表明，这种精确设计的“核到壳”反应路径和增强的孔道协同效应，在玉米秸秆CFP反应中实现了57.4%的烃类选择性，是传统ZSM-5催化剂的两倍，并且催化剂在八次热解-再生循环后仍保持优异的稳定性。这项工作为针对特定反应的分子筛理性设计提供了重要范例。

本文要点

1. 创新合成策略：采用四乙基氢氧化铵（TEAOH）和无机添加剂协同作用，实现了从ZSM-5（高骨架密度）向Beta（低骨架密度）分子筛的热力学不利的部分转化，成功构建了具有原子级连续界面的核壳结构。

2. 精准结构表征：利用原子级分辨的iDPC-STEM等技术，直接观测到ZSM-5核与Beta壳层之间通过共用“mtw”结构单元实现无缝连接，形成了连续的12×10 MR漏斗状孔道。

3. 优异催化性能：HS-ZSM-5@Beta在玉米秸秆CFP中表现出最高的生物质转化率（82.7 wt%）和烃类选择性（57.4%）。其大孔Beta壳层有助于预裂解大分子含氧中间体，而中孔ZSM-5核层则负责深度脱氧和芳构化，形成高效串联催化。

4. 卓越稳定性与构效关系：催化剂抗积碳能力强，循环稳定性高。系统研究揭示了Beta壳层的酸性、壳层覆盖度及Beta/ZSM-5质量比是优化生物油产率和选择性的关键因素。

文献详情
Liu Wu, Xiaoge Wang, Shihao Wang, et al. A Funnel-Structured 12 × 10-Ring Zeolite Customized for Biomass Catalytic Pyrolysis, J. Am. Chem. Soc. (2025)
DOI: 10.1021/jacs.5c17648

全文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c17648