夏清华、周丹团队沸石催化剂研究取得新进展
1月29日，化学化工学院夏清华教授、周丹教授团队研究成果“High-rota-synthesis of Single-/double/multi-unit-cell Ti-HSZ Nanosheets to Catalyze Epoxidation of Large Cycloalkenes Efficiently”（《单/双/多晶胞纳米片层构建Ti-HSZ材料的高转速合成及高效催化大环烯烃环氧化》）在线发表于一区TOP杂志 ACS Applied Materials &Interfaces 。此前，该团队的另一篇高水平论文“One-potRota-crystallized Hollownest-structured Ti-zeolite: a Calcination-free and Recyclable Catalytic Material”（《空心巢结构含钛分子筛的一步转动合成：一种免焙烧和可循环的催化材料》）亦发表于一区TOP杂志 Chemical Science (2016，7，4966)。该团队的系列研究，构建了高效多级孔沸石催化剂，首次实现了有机模板的沸石催化剂的从头免焙烧。
含钛沸石催化剂TS-1在1983年由意大利Enichem公司报道，主要应用于催化30%H 2 O 2 选择环氧化烯烃、羟基化苯酚、肟化环己酮，关键之处在于H 2 O 2 分子在温和条件下能以原子效率转化，水是唯一副产物，是典型的低能耗、高活性、绿色的化学过程，被誉为沸石有机催化的里程碑。虽然全球科学家经过三十多年的努力，开发了不同拓扑结构的含钛多孔催化材料，但转化大环烯烃分子的活性依旧很差。目前，各类文献报道了很多制造微孔沸石多级孔（hierarchical）的方法，但思路均局限于学术范畴，工程应用的价值低。截至目前，全世界绝大部分沸石分子筛的合成需要使用有机模板分子作为结构导向剂，且均须通过高温焙烧（550度）除去有机模板分子，这除了带来有毒废气排放的环保压力外，还会导致昂贵模板分子的损失。如何实现从头免焙烧，有效回收有机模板分子，是本领域研究面临的一项重大挑战。
夏清华教授、周丹教授团队发明了独特的转动建构法，一步晶化了独特多级孔Ti-HSZ沸石分子筛，正好解决上述难题。该材料为纳米片层共生的镂空巢状晶体，包含一个微腔结构，具有较大的孔体积和介孔表面积，能起纳米反应器的作用。先后完成的两篇学术论文协同解决了从低碳数（三碳）到十二员大环烯烃分子的高效环氧化，且从头到尾都能免除高温煅烧处理。目前，长链1-己烯与30%H 2 O 2 的环氧化已连续在线、高活性运转1500小时，目前仍在继续试验中，其它烯烃的环氧化也在开展。该团队首次提出并实现了沸石催化剂“从头免焙烧”的概念，处于国际同领域领先水平。该概念亦可应用于其它催化体系，具有重要的工业应用价值。
图1 空心巢结构含钛分子筛Ti-HSZ：一种免焙烧和可循环的催化材料
图2 单/双/多晶胞纳米片层构建Ti-HSZ高效催化大环烯烃环氧化