博士生李妍《National Science Review》论文：利用高通量计算解析SAPO分子筛中模板调控的孤立Si分布

分子筛是化学工业中最重要的非均相催化剂，其催化反应的活性位点在骨架结构中特定的T原子周围形成。硅铝分子筛中的Al原子的引入为骨架带来负电荷，进而在其周围产生Brønsted酸性位点。Al原子的分布决定了活性位点位置以及硅铝分子筛的理化性质，其分布可通过多种方式进行调控。在硅磷酸铝（SAPO）分子筛中，Si原子决定了其Brønsted酸性和理化性质，但相较于硅铝分子筛中的Al原子来说，SAPO分子筛骨架上的Si原子的分布则更难调控，且Si原子确切位置无法通过传统的X射线衍射技术确定。到目前为止，孤立的硅原子的分布对SAPO分子筛的性质影响尚未明晰。

近期，博士研究生李妍和史超博士作为共同第一作者在National Science Review期刊上发表题为”Unraveling templated-regulated distribution of isolated SiO₄tetrahedra in silicoaluminophosphate zeolites with high-throughput computations”的研究工作。该工作利用模板剂分子设计，从原子尺度上对SAPO分子筛中的硅原子的分布进行了调控，同时结合高通量计算与先进表征技术阐明了模板调控Si分布的可能机制。采用N-甲基哌啶（NMP）作为模板剂合成了具有LEV拓扑结构的SAPO-35分子筛，并将其与使用传统模板剂六亚甲基亚胺（HMI）合成的SAPO-35分子筛进行对比，NMP导向的SAPO-35样品展现出了更高的热稳定性和MTO催化寿命。借助对44697个SAPO-35结构模型的高通量计算，结合²⁹Si固体核磁表征和同步辐射XRD结构解析，揭示了孤立硅原子的分布情况。这种特定分布的不同是由于两种模板分子不同的结构导向效应引起的。该工作表明，SAPO分子筛中的孤立硅原子的分布可以通过特定模板剂分子提供的主客体相互作用来进行调控，这为优化SAPO分子筛的理化性质提供了新的研究思路。

相关的研究成果近期发表在National Science Review期刊上，共同第一作者为吉林大学在读博士生研究生李妍（导师：于吉红教授）和史超博士（导师：李乙教授）。

全文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac094