超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、解耦机理和增强吸附

严珂欣 叶兆祺 孔令涛 李贺 杨雪 张亚红 张宏斌 唐颐

引用本文: 严珂欣, 叶兆祺, 孔令涛, 李贺, 杨雪, 张亚红, 张宏斌, 唐颐. 超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、解耦机理和增强吸附[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 230801. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308019 shu
Citation:  Kexin Yan, Zhaoqi Ye, Lingtao Kong, He Li, Xue Yang, Yahong Zhang, Hongbin Zhang, Yi Tang. Seed-Induced Synthesis of Disc-Cluster Zeolite L Mesocrystals with Ultrashort c-Axis: Morphology Control, Decoupled Mechanism, and Enhanced Adsorption[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(9): 230801. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308019 shu

超短c轴盘簇L沸石介晶的晶种诱导合成:形貌控制、解耦机理和增强吸附

    通讯作者: 张宏斌, zhanghongbin@fudan.edu.cn; 唐颐, yitang@fudan.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2018YFA0209402

    国家自然科学基金 22088101

    国家自然科学基金 22175040

摘要: 缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中,缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种,快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体,且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段,为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律,实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构:晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化,缩短了诱导期;而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核,导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节,证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为,并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外,通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质,证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中,该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。

English

    1. [1]

      Yao, J.; Wu, Q.; Fan, J.; Komiyama, S.; Yong, X.; Zhang, W.; Zhao, T.; Guo, Z.; Yang, G.; Tsubaki, N. ACS Nano 2021, 15 (8), 13568. doi: 10.1021/acsnano.1c04419

    2. [2]

      Qureshi, B. A.; Lan, X.; Arslan, M. T.; Wang, T. Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58 (28), 12611. doi: 10.1021/acs.iecr.9b01882

    3. [3]

      Verboekend, D.; Milina, M.; Mitchell, S.; Pérez-Ramírez, J. Cryst. Growth Des. 2013, 13 (11), 5025. doi: 10.1021/cg4010483

    4. [4]

      Verboekend, D.; Pérez-Ramírez, J. Catal. Sci. Technol. 2011, 1 (6), 879. doi: 10.1039/c1cy00150g

    5. [5]

      Petkovich, N. D.; Stein, A. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 (9), 3721. doi: 10.1039/c2cs35308c

    6. [6]

      Sun, Y.; Cao, S.; Wang, J.; Tang, H.; Yang, Z.; Ma, T.; Gong, Y.; Mo, G.; Li, Z. ACS Sustain. Chem. Eng. 2022, 10 (29), 9431. doi: 10.1021/acssuschemeng.2c01813

    7. [7]

      Wang, C.; Fang, W.; Liu, Z.; Wang, L.; Liao, Z.; Yang, Y.; Li, H.; Liu, L.; Zhou, H.; Qin, X.; et al. Nat. Nanotechnol. 2022, 17 (7), 714. doi: 10.1038/s41565-022-01154-9

    8. [8]

      Su, X.; Liu, B.; Feng, C.; Wu, W. Microporous Mesoporous Mat. 2022, 344, 112215. doi: 10.1016/j.micromeso.2022.112215

    9. [9]

      Hao, J.; Xu, S.; Cheng, D.; Chen, F.; Zhan, X. Catal. Sci. Technol. 2022, 12 (12), 3912. doi: 10.1039/d2cy00154c

    10. [10]

      Yue, Q.; Liu, C.; Zhao, H.; Liu, H.; Ruterana, P.; Zhao, J.; Qin, Z.; Mintova, S. Nano Res. 2023. doi: 10.1007/s12274-023-5749-0

    11. [11]

      Xu, J.; Zhang, Z.; Yu, D.; Du, W.; Song, N.; Duan, X.; Zhou, X. Nano Res. 2023, 16 (5), 6278. doi: 10.1007/s12274-023-5440-5

    12. [12]

      Jardim, E. D. O.; Serrano, E.; Martínez, J. C.; Linares, N.; García-Martínez, J. Cryst. Growth Des. 2020, 20 (2), 515. doi: 10.1021/acs.cgd.9b01180

    13. [13]

      Linares, N.; Jardim, E. O.; Sachse, A.; Serrano, E.; Garcia-Martinez, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (28), 8724. doi: 10.1002/anie.201803759

    14. [14]

      Schwieger, W.; Machoke, A. G.; Weissenberger, T.; Inayat, A.; Selvam, T.; Klumpp, M.; Inayat, A. Chem. Soc. Rev. 2016, 45 (12), 3353. doi: 10.1039/c5cs00599j

    15. [15]

      Hu, Y.; Liu, C.; Zhang, Y.; Ren, N.; Tang, Y. Microporous Mesoporous Mat. 2009, 119 (1–3), 306. doi: 10.1016/j.micromeso.2008.11.005

    16. [16]

      Larlus, O.; Valtchev, V. P. Chem. Mat. 2004, 16 (17), 3381. doi: 10.1021/cm0498741

    17. [17]

      Brent, R.; Stevens, S. M.; Terasaki, O.; Anderson, M. W. Cryst. Growth Des. 2010, 10 (12), 5182. doi: 10.1021/cg100964j

    18. [18]

      Brent, R.; Anderson, M. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47 (29), 5327. doi: 10.1002/anie.200800977

    19. [19]

      Lee, Y. -J.; Lee, J. S.; Yoon, K. B. Microporous Mesoporous Mat. 2005, 80 (1–3), 237. doi: 10.1016/j.micromeso.2004.12.003

    20. [20]

      Ban, T.; Saito, H.; Naito, M.; Ohya, Y.; Takahashi, Y. J. Porous Mat. 2006, 14 (2), 119. doi: 10.1007/s10934-006-9016-z

    21. [21]

      Li, R.; Smolyakova, A.; Maayan, G.; Rimer, J. D. Chem. Mat. 2017, 29 (21), 9536. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b03798

    22. [22]

      Das, R.; Ghosh, S.; Naskar, M. K. Mater. Lett. 2015, 143, 94. doi: 10.1016/j.matlet.2014.12.076

    23. [23]

      Lupulescu, A. I.; Kumar, M.; Rimer, J. D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135 (17), 6608. doi: 10.1021/ja4015277

    24. [24]

      Ye, Z.; Kong, L.; Zhao, Y.; Zhang, C.; Yang, X.; Yan, K.; Zhang, Y.; Zhang, H.; Tang, Y. Chem. Synth. 2022, 2 (4), 20. doi: 10.20517/cs.2022.25

    25. [25]

      Cho, H. S.; Hill, A. R.; Cho, M.; Miyasaka, K.; Jeong, K.; Anderson, M. W.; Kang, J. K.; Terasaki, O. Cryst. Growth Des. 2017, 17 (9), 4516. doi: 10.1021/acs.cgd.7b00832

    26. [26]

      Ruiz, A. Z.; Brühwiler, D.; Ban, T.; Calzaferri, G. Mon. Chem. 2004, 136 (1), 77. doi: 10.1007/s00706-004-0253-z

    27. [27]

      Li, R.; Linares, N.; Sutjianto, J. G.; Chawla, A.; Garcia-Martinez, J.; Rimer, J. D. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (35), 11283. doi: 10.1002/anie.201805877

    28. [28]

      Zhang, F.; Chen, W.; Wu, Q.; Yang, Z.; Wang, L.; Meng, X.; Zhang, B.; Zheng, A.; Deng, F.; Liu, C.; et al. J. Phys. Chem. C 2020, 124 (25), 13819. doi: 10.1021/acs.jpcc.0c04315

    29. [29]

      Jain, R.; Chawla, A.; Linares, N.; Garcia Martinez, J.; Rimer, J. D. Adv. Mater. 2021, 33 (22), e2100897. doi: 10.1002/adma.202100897

    30. [30]

      Ye, Z.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Zhang, Y.; Tang, Y. Chem. -Eur. J. 2020, 26 (28), 6147. doi: 10.1002/chem.201904807

    31. [31]

      Ye, Z.; Zhang, H.; Zhang, Y.; Tang, Y. Front. Chem. Sci. Eng. 2019, 14 (2), 143. doi: 10.1007/s11705-019-1852-x

    32. [32]

      Kim, D.; Ghosh, S.; Akter, N.; Kraetz, A.; Duan, X. Sci. Adv. 2022, 8, eabm8162. doi: 10.1126/sciadv.abm8162

    33. [33]

      Ye, Z.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Shi, Z.; Li, H.; Yang, X.; Wang, L.; Kong, L.; Zhang, C.; Sheng, Z.; et al. J. Colloid Interface Sci. 2022, 608, 1366. doi: 10.1016/j.jcis.2021.10.125

    34. [34]

      Lin, F.; Ye, Z.; Kong, L.; Liu, P.; Zhang, Y.; Zhang, H.; Tang, Y. Nanomaterials 2022, 12 (9), 1601. doi: 10.3390/nano12091601

    35. [35]

      Yang, J.; Liu, J.; Liu, P.; Li, L.; Tang, X.; Shang, H.; Li, J.; Chen, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61 (8), e202116850. doi: 10.1002/anie.202116850

    36. [36]

      Zhang, H.; Zhang, H.; Zhao, Y.; Shi, Z.; Zhang, Y.; Tang, Y. Chem. Mat. 2017, 29 (21), 9247. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b03121

    37. [37]

      Zhang, H.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Wang, P.; Shi, Z.; Mao, J.; Zhang, Y.; Tang, Y. Chem. -Eur. J. 2016, 22 (21), 7141. doi: 10.1002/chem.201600028

    38. [38]

      Jain, R.; Mallette, A. J.; Rimer, J. D. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (51), 21446. doi: 10.1021/jacs.1c11014

    39. [39]

      Kumar, M.; Li, R.; Rimer, J. D. Chem. Mat. 2016, 28 (6), 1714. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b04569

    40. [40]

      Groen, J. C.; Zhu, W.; Brouwer, S.; Huynink, S. J.; Kapteijn, F.; Moulijn, J. A.; Pérez-Ramírez, J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129 (2), 355. doi: 10.1021/ja065737o

    41. [41]

      Devi, R.; Borah, R.; Deka, R. C. Appl. Catal. A-Gen. 2012, 433434, 122. doi: 10.1016/j.apcata.2012.05.010

    42. [42]

      Tangale, N. P.; Sonar, S. K.; Niphadkar, P. S.; Joshi, P. N. J. Ind. Eng. Chem. 2016, 40, 128. doi: 10.1016/j.jiec.2016.06.016

    43. [43]

      Li, C.; Xiong, G.; Liu, J. K.; Ying, P. L.; Xin, Q.; Feng, Z. C. J. Phys. Chem. B 2001, 105 (15), 2993. doi: 10.1021/jp0042359

    44. [44]

      Fan, F.; Sun, K.; Feng, Z.; Xia, H.; Han, B.; Lian, Y.; Ying, P.; Li, C. Chem. -Eur. J. 2009, 15 (13), 3268. doi: 10.1002/chem.200801916

    45. [45]

      Chua, Y. T.; Stair, P. C.; Wachs, I. E. J. Phys. Chem. B. 2001, 105 (36), 8600. doi: 10.1021/jp011366g

    46. [46]

      Yu, Y.; Xiong, G.; Li, C.; Xiao, F. Microporous Mesoporous Mat. 2001, 46 (1), 23. doi: 10.1016/s1387-1811(01)00271-2

    47. [47]

      Chen, C. T.; Iyoki, K.; Hu, P.; Yamada, H.; Ohara, K.; Sukenaga, S.; Ando, M.; Shibata, H.; Okubo, T.; Wakihara, T. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143 (29), 10986. doi: 10.1021/jacs.1c03351

    48. [48]

      Dusselier, M.; Davis, M. E. Chem. Rev. 2018, 118 (11), 5265. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00738

    49. [49]

      Myers, A. L.; Prausnitz, J. M. AICHE J. 1965, 11 (1), 121. doi: 10.1002/aic.690110125

    50. [50]

      Choy, K. K. H.; Porter, J. F.; Mckay, G. J. Chem. Eng. Data 2000, 45 (4), 575. doi: 10.1021/je9902894

    51. [51]

      Bulut, E.; Özacar, M.; Şengil, İ. A. Microporous Mesoporous Mat. 2008, 115 (3), 234. doi: 10.1016/j.micromeso.2008.01.039

    52. [52]

      Hu, Y.; Zhang, Y.; Ren, N.; Tang, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113 (42), 18040. doi: 10.1021/jp903989p

    53. [53]

      Zhang, R.; Somasundaran, P. Adv. Colloid Interface Sci. 2006, 123, 213. doi: 10.1016/j.cis.2006.07.004

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  890
  • HTML全文浏览量:  102
文章相关
  • 发布日期:  2024-09-15
  • 收稿日期:  2023-08-12
  • 接受日期:  2023-10-09
  • 修回日期:  2023-10-02
  • 网络出版日期:  2023-10-18
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章