近日，精密測量院鄭安民科研團隊在沸石分子篩限域空間內(nèi)擴散機制研究領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《科學(xué).進展》（《Science》子刊《Science Advances》）上。

　　化學(xué)化工生產(chǎn)是我國的重要產(chǎn)業(yè)之一，但其在生產(chǎn)過程中存在一定的弊端，如原料利用率低、生產(chǎn)技術(shù)落后以及環(huán)境污染嚴重等問題，因此如何提高化工過程的效率，建立可持續(xù)發(fā)展的化工生產(chǎn)一直是科技工作者所追求的目標?；み^程的特征可以概括為“三傳一反”，其中質(zhì)量傳遞（傳質(zhì)）無論是在蒸餾、吸收、萃取、干燥，還是在催化等領(lǐng)域都具有無可替代的作用。沸石分子篩作為環(huán)境友好型催化劑已廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化和分離等領(lǐng)域，這與分子篩催化劑獨特的傳質(zhì)性能密切相關(guān)。工業(yè)上通?；诟邼舛冗M行分離和反應(yīng)，然而常規(guī)分子篩隨著濃度增加擴散系數(shù)急劇降低，因此高濃度情況下保持快速擴散依舊是當(dāng)前亟需解決的難題。

　　鄭安民研究員帶領(lǐng)的科研團隊長期致力于分子篩限域孔道中吸附和擴散行為的實驗和理論研究，在前期工作中建立了沸石分子篩限域孔道結(jié)構(gòu)及碰撞對擴散系數(shù)的定量關(guān)聯(lián)（J. Catal. 2019, 377, 51; AIChE, 2020, e16269.），闡明了吸附和擴散對甲醇制烯烴（J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 22872.）以及羰基化反應(yīng)（J. Catal. 2019, 369, 335.）影響的微觀機制。在此基礎(chǔ)上，該團隊通過大規(guī)模高通量篩選，發(fā)現(xiàn)具有連續(xù)性交叉孔結(jié)構(gòu)的SCM-15分子篩在高濃度下依舊保持較高的擴散性能。基于分子動力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)連續(xù)交叉孔與傳統(tǒng)交叉孔（非連續(xù)）的性質(zhì)存在非常大的差異，該類孔道結(jié)構(gòu)具有較弱的吸附能和非常低的擴散能壘：低濃度情況下，分子主要沿著具有強吸附位點的非連續(xù)交叉孔方向擴散，因此擴散系數(shù)較小；隨著濃度增加，分子逐漸吸附到具有較低擴散能壘的連續(xù)交叉孔方向，因此在高濃度依舊能夠保持良好的擴散性能。本工作首次提出連續(xù)交叉孔結(jié)構(gòu)，并揭示了該結(jié)構(gòu)能夠促進高濃度快速擴散的微觀機理。為工業(yè)催化劑的合成、選擇與提高分子篩壽命提供借鑒和指導(dǎo)。

SCM-15分子篩連續(xù)交叉孔道結(jié)構(gòu)圖

　　精密測量院特別研究助理/博士后劉志強為論文的第一作者，鄭安民為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院以及湖北省科技廳的支持。

      論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/7/11/eabf0775