多孔管状沸石是什么

充满孔洞的材料充满了创新和发明的机会，在这个领域，沸石称霸。这些y孔材料是一类3D微孔晶体，主要由铝硅酸盐（或由铝、氧和硅制成的结构）制成——请注意，在多孔材料领域，孔径根据三个长度尺度定义：微孔2nm，中孔2-50nm，大孔50nm。这些沸石中有40种是天然存在的，还有数百种已被合成用于各种应用。

为了形成这些微小但强大的材料工程壮举，通常使用主要由碳组成的有机模板来指导特定沸石图案在高压和高温下在水中的结晶。

最近发表在《科学》杂志上的一篇文章成功地合成了自组装、高表面积的纳米管，这些纳米管在内部和外部表面呈现出不同的结构组成。但要正确理解这项艰巨任务背后的独创性，让我们简要回顾一下沸石材料的历史。

沸石的早期用途

通常，沸石是带有直径为1-2nm的空腔和通道的晶体结构。除了散布在整个结构中的供氢（碱性）和接受氢（酸性）位点外，这些空隙还可以用带正电的阳离子装饰。这使得许多大规模应用成为可能，例如水软化、尺寸和形状选择性催化、直接空气捕获、气体储存和材料分离。

一个典型的例子是使用由四个碳链结合的氮形成的沸石，每个碳链由三个碳原子组成。该装置用于指导ZSM-5的形成，这是一种由美孚石油公司获得专利的催化剂。这种几何形状是称为MFI的特定沸石家族的典型特征，它具有由五元硅铝酸盐环组装而成的开放框架结构。酸性形式HZSM-5具有额外的反应性和可分离的氢，并因其成功地将甲醇转化为汽油以及最近的甲醇转化为二甲醚而闻名，它具有作为可持续柴油燃料的潜力甲醇来源于CO2和绿色H2。

除此之外，沸石还被用作分子传感器、量子电子学、非线性光学、信息存储、电池电极、燃料电池电解质和聚合物复合材料。

双面纳米管

令人着迷的新型纳米管可以描述为弯曲形成无缝圆柱体的沸石片，其内表面和外表面是两种沸石结构β和MFI的混合体。

在之前合成的沸石结构的基础上，末端带有带正电荷的以氮为中心的端基的长碳链被用作结构导向剂（模板），在其上生长所需的管状结构。阳离子端基驱动微孔沸石壁的形成，而链中心芳基之间的结合相互作用迫使沸石线性生长，最终形成管。

由于这种设计的孔隙率，发现新型纳米管的表面积为m2/g，远大于相同材料的纳米片的m2/g。此外，纳米管还可以自组装成一种硅铝酸盐的理想重复束，这种硅铝酸盐在历史上具有不规则且密集排列的通道壁，不适用于许多材料的所需应用。

这些多孔管状沸石在纳米级流体学、光子学、电子和离子设备、聚合物复合材料以及化学品的储存和控制释放等领域具有广泛的应用前景。此外，由于这些介孔管内分子的独特传输特性以及通过微孔壁的径向传输，新的气体分离、快速吸附-解吸循环和催化反应现在成为可能。

在材料工程领域，有时（物质）越少越好！沸石打开了机会之窗，塑造了大规模工业过程和产品的世界。随着沸石纳米管的发现，明亮的远景在多孔隧道的尽头闪耀。

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