近期，吉林大学化学学院、无机合成与制备化学全国重点实验室、未来科学国际合作联合实验室先进能源与环境材料团队在Journal of the American Chemical Society上发表题为“Tailoring Zeolite Nanosheets via Protozeolite-Directed Growth for Enhanced Methanol-to-Propylene Conversion”的研究工作。该工作开发了一种基于“无定形分子筛”（Protozeolite，PZ）导向的低成本合成策略，成功实现了MFI分子筛纳米片的可控制备。

近年来，具有优异扩散传质性能的MFI分子筛纳米片在甲醇转化、吸附分离以及膜催化等领域展现出重要应用前景。尤其是具有短b-轴的单晶MFI纳米片，能够有效降低分子扩散阻力，调控反应路径，从而提升催化选择性与稳定性。然而，传统MFI纳米片的合成通常依赖大量的有机模板剂及复杂的表面活性剂体系，成本较高、环境污染严重，且纳米片的面高比难以精确调控。因此，开发低模板剂、可规模化制备且能够实现面高比精准调控的MFI纳米片合成新策略，仍是当前分子筛领域的重要研究方向。

图一： “无定形分子筛”表征。(a, b) 纯硅“无定形分子筛”PZ(Si)透射电镜图片及元素分布图； (c, d) 含钛“无定形分子筛”PZ(Ti)-40透射电镜图片及元素分布图；(e, f) 含铝“无定形分子筛”PZ(Al)-300透射电镜图片及元素分布图；(g) PXRD谱图；(h) FT-IR谱图；(i) ²⁹Si MAS NMR谱图；(j) N₂吸附-脱附等温线；(k) UV-vis谱图；(l) ²⁷Al MAS NMR谱图；(m) “无定形分子筛”特性汇总。

基于此，本工作提出了一种以“无定形分子筛”（PZ）晶种为导向的低模板剂合成策略。研究首先制备出新型“无定形分子筛”晶种，该晶种富含硅羟基，同时兼具微孔—介孔多级孔道结构（图一）。在超低模板剂用量条件下，可有效调控晶体的成核与生长动力学过程；通过协同调节体系水硅比（H₂O/SiO₂），并优化PZ晶种的形貌特征与掺杂量，可实现 ZSM-5 纳米片宽厚比在 6.0–52.0 区间内的可控精准调变。催化性能测试结果表明：在反应温度 470 ℃、质量空速（WHSV）8.0 h⁻¹ 的条件下，所制备ZSM-5分子筛纳米片表现出长达76 h的催化寿命，产物丙烯/乙烯比值最高可达10.0，达到传统ZSM-5催化剂的5.5倍，展现出优异的丙烯选择性和催化热稳定性（图二）。同时，该合成路线可成功放大至5L反应釜规模，目标分子筛纳米片产物收率高于98%，具备良好工业化应用潜力。

图二： (a) 甲醇转化率；(b) 产物选择性及丙烯/乙烯比；(c) 甲醇制丙烯反应中双循环催化过程示意图。反应条件：T = 470 °C，总压 = 1 atm，WHSV = 8 h⁻¹，催化剂用量 = 50 mg。

上述工作不仅为分子筛纳米片低成本合成与规模化制备提供了新思路，也为通过晶种调控实现分子筛晶体各向异性生长及催化性能优化提供了重要参考。

相关研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.杂志上，文章第一作者是吉林大学博士研究生张家慷和本科生常博焜，通讯作者为吉林大学于吉红教授和张强副教授。

全文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04878