近日，浙江大學通過理論計算設計了一種吡啶基小分子模板劑，用該模板劑合成b軸厚度為10～20 nm的自支撐Pentasil納米片沸石分子篩SPP-Bu-DMPy。該分子篩具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，并在甲醇制丙烯(MTP)反應中表現(xiàn)出高于常規(guī)ZSM-5的丙烯選擇性和更長的壽命。相關研究成果發(fā)表于《美國化學會志》。

傳統(tǒng)沸石分子篩由于顆粒較大，反應物分子與活性位點接觸和產(chǎn)物擴散速度較低，不能充分發(fā)揮其催化效果，具有更短擴散長度的納米片沸石分子篩成為了研究熱點。Pentasil家族(MFI和MEL)納米顆粒由于分離和安全性問題，其應用受到限制。易于分離和安全性良好的納米片Pentasil沸石分子篩受到關注。

在理論計算指導下，該吡啶基模板劑成功合成了“紙牌屋”形貌的SPP-Bu-DMPy，且產(chǎn)物具有優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性。

在常規(guī)商業(yè)化的H-ZSM-5催化劑作用下，MTP反應3 h后，其丙烯選擇性為44%，乙烯選擇性為15%，催化劑壽命為47.5 h；而在H-SPP-Bu-DMPy作用下，反應3 h后，丙烯選擇性為 48%，乙烯選擇性為19%，催化劑壽命為180 h。后者具有更高的丙烯和乙烯選擇性，且表現(xiàn)出更長的催化反應壽命。這是因為H-SPP-Bu-DMPy具有更短的b軸納米片形貌，縮減了產(chǎn)物停留時間。將甲醇質量空速由1 h-1提升至128 h-1后，在反應10 min時，H-SPP-Bu-DMPy和H-C-ZSM-5上的甲醇轉化率分別為87%和75%。反應20 min后，H-C-ZSM-5已經(jīng)失活，而H-SPP-Bu-DMPy則在反應310 min時才會失活，表現(xiàn)出更低的失活速率和更好的穩(wěn)定性。

該研究中有機模板劑的設計理念可為其他納米片沸石分子篩或納米片“紙牌屋”形貌沸石分子篩提供借鑒。