近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所低碳催化與工程研究部研究員郭鵬、中國(guó)工程院院士劉中民團(tuán)隊(duì)基于對(duì)分子篩結(jié)構(gòu)與合成的理解，使用商業(yè)化模板劑合成了一種穩(wěn)定的全新超大孔磷鋁分子篩DNL-11，并利用三維電子衍射技術(shù)直接解析出DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)。

磷鋁分子篩是由磷氧四面體和鋁氧四面體共氧頂點(diǎn)相互連接組成的具有規(guī)則孔道或者籠狀結(jié)構(gòu)的磷鋁酸鹽材料。這類(lèi)材料不僅是磷酸硅鋁（SAPO）分子篩和金屬磷酸鋁（MeAPO）分子篩進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，也是重要的催化劑載體和吸附劑。磷鋁分子篩的性能與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通常，分子篩的晶體尺寸屬于亞微米甚至納米級(jí)別，傳統(tǒng)的X-射線單晶衍射法難以進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)分析，這在一定程度上限制了分子篩的發(fā)展。郭鵬和劉中民團(tuán)隊(duì)一直聚焦電子晶體學(xué)（包括三維電子衍射和高分辨成像技術(shù)）和X-射線粉末晶體學(xué)，針對(duì)納米晶態(tài)多孔材料的結(jié)構(gòu)解析（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Nat. Commun.，2023；Chem. Soc. Rev.，2024）、基于結(jié)構(gòu)表征輔助的分子篩合成方法的開(kāi)發(fā)（J. Am. Chem. Soc.，2023）、分子篩中的構(gòu)-效關(guān)系（J. Am. Chem. Soc.，2023；Chem. Sci.，2021）開(kāi)展了系統(tǒng)性的研究工作。

大連化物所利用三維電子衍射技術(shù)解析全新超大孔磷鋁分子篩

本工作中，研究人員通過(guò)上述先進(jìn)表征手段理解已知分子篩中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用機(jī)制，并應(yīng)用于分子篩的設(shè)計(jì)合成過(guò)程。團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用商業(yè)化結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，合成了一種全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分子篩，命名為“DNL-11”。進(jìn)一步團(tuán)隊(duì)利用三維電子衍射技術(shù)與PXRD精修技術(shù)對(duì)DNL-11進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析與精修，直接確定了DNL-11的晶體結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的落位。研究發(fā)現(xiàn)，DNL-11擁有一維的16元環(huán)超大孔道，其中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑以?xún)闪薪徊娴男问脚帕?，并通過(guò) - 堆積作用力進(jìn)行超分子組裝；所有結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑均質(zhì)子化，并與骨架上的氧原子發(fā)生相互作用。此外，團(tuán)隊(duì)還證明DNL-11能夠在高達(dá)1000 的溫度下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且在極低濕度環(huán)境（濕度=5%）中展現(xiàn)出良好的水吸附性能。

相關(guān)研究成果以“Unraveling a Stable 16-Ring Aluminophosphate DNL-11 through Three-Dimensional Electron Diffraction for Atmospheric Water Harvesting”為題，于近日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生乜晨陽(yáng)，理論計(jì)算部分得到了大連化物所李國(guó)輝研究員和廖晨依副研究員的支持。該成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01393