新型杂原子磷酸铝分子筛的合成与催化性能研究

The introduction of heteroatom (except for Al and P atoms) into the framework of aluminophosphate molecular sieves forms heteroatom-containing alunimophosphate molecular sieves. Such materials is a prime class of heterogeneous single-site solid catalysts. In this project, we take the synthesis of new heteroatom-containing aluminophosphate molecular sieves as the target, on the basis of our previous work, the metal heteroatoms with different type and different valence will be introduced into aluminophosphate synthetic system (such as hydrothermal, solvothermal and ionothermal system), combined with chemical high-throughput technologies, to develop the systemically study of synthesis. By changing the types of heteroatom, and reasonable selection of organic templates or co-templates (such as F- ion), a series of new heteroatom-containing aluminophosphates will be synthesized. By using molecular simulation method, the effect of heteroatom in the synthesis and the substitution mechanism of heteroatom will be studied,the templating effect of organic guests and the charge matching rules of the host-guest will be studied, aiming to control the location and content of heteroatom in the framework.Furthermore,the effect of channel structure and framework composition on the thermal stability and catalytic properties of as-synthesized compounds will be studied. This work will provide useful information for the exploitation of new heteroatom-containing aluminophospahte molecular sieves as single-site solid catalysts.

将杂原子（除Al，P以外的原子）引入磷酸铝分子筛骨架形成的杂原子磷酸铝分子筛具有独特的催化性能，是一类重要的固体单点催化剂材料。本项目以新型杂原子磷酸铝分子筛的合成为主要研究目标，在前期工作的基础上，将不同种类和价态的金属杂原子引入磷酸铝合成体系（水热、溶剂热和离子热合成体系），结合组合化学高通量技术，开展系统的合成研究。通过调变杂原子的种类、合理选择有机模板剂或引入共模板剂（如F-离子），合成系列新型杂原子磷酸铝分子筛。利用分子模拟方法，研究杂原子对骨架的稳定作用、结构导向作用和取代机制，研究有机胺的模板作用，总结模板作用规律和主客体电荷匹配规律，调控杂原子在无机骨架中的含量和位置。进一步研究孔道结构和组成变化（如孔道尺寸和结构、杂原子的种类、价态及分布等）对产物稳定性和催化性能的影响。为开发新型杂原子磷酸铝分子筛固体单点催化剂奠定基础。

杂原子磷酸铝分子筛具有多样的孔道结构、丰富的骨架元素组成以及独特的物理（光、电、磁等）和化学（催化、离子交换等）性质，被广泛用于传统的工业催化以及先进材料领域。本项目以新型杂原子磷酸铝分子筛的合成及新性能开发为主要研究目标，开展了系统的合成研究：通过调变杂原子的种类、合理选择有机模板剂，合成了几种具有新颖结构的杂原子磷酸铝分子筛；利用碱金属或碱土金属代替有机模板剂，开发了无有机模板合成磷酸铝分子筛的新途径，合成了三种具有优良质子电导性质的磷酸铝和杂原子磷酸铝分子筛类化合物；以杂原子磷酸铝分子筛孔道中包裹的有机胺为碳源，通过煅烧制备了碳点@分子筛复合发光材料，并通过调变分子筛和有机模板剂种类及煅烧时间调控了碳点的发光性质；研究了杂原子磷酸铝分子筛的热稳定性，制备了高稳定的铁掺杂磷酸铝分子筛；系统总结了近年来合成分子筛的新途径。研究成果四年来发表与本项目相关的SCI论文8篇，其中包括Chem. Soc. Rev. 1 篇，Chem. Sci. 1篇，Chem. Commun. 3篇，培养博士研究生5人，硕士研究生4人。