我国科研团队攻克分子筛酸中心表征的单分子成像技术

记者3月1日从内蒙古鄂尔多斯市科技局获悉，清华大学鄂尔多斯实验室魏飞教授研究组和骞伟中教授研究组联合攻关，利用国际上最先进球差校正电镜技术，观察到分子筛孔道中酸性位（Al-T位点）与噻吩单分子的相互作用。相关成果已先后发表于国际学术期刊《科学》和《自然》。

研究有机小分子在以分子筛为代表的多孔材料中的单分子成像与构象，是深入理解其相变、吸附、催化和相互作用过程的基础与关键。其中，有机小分子在室温或更高温度下的成像，一直是电子显微学领域难以攻克的关口。

噻吩分子比苯分子或吡啶分子尺寸更小，在ZSM-5分子筛（沸石分子筛）孔道中可以自由旋转，其速度之快，极难被电子束捕捉与清晰观察。但是，因噻吩分子含有硫元素，能够与分子筛孔道形成O-H-S氢键，从而比苯、吡啶或对二甲苯等分子更易与分子筛建立起较强的相互作用。相关成键限制了噻吩分子在孔道中的自由旋转，使噻吩分子可以呈现出与电子束接近垂直的平面构型，从而可以利用最先进的电子束成像技术观察。另外，ZSM-5分子筛的0.5纳米左右的孔道并不是无限对称的圆形截面，不同位置的Al-T位点呈现出不同的空间位阻，与噻吩分子形成氢键时的键角不同，形成氢键的机率也不同，这样就能够用噻吩分子极细微的空间构象来进行解析。

据悉，该研究既是分子筛电镜成像技术的突破，也是分子筛孔道与客体分子复杂相互作用的具体体现，为在皮米层次理解催化的本质以及控制产品选择性提供了新的方向，将有效解决先进煤化工合成气制备烯烃或芳烃，以及CO2加氢制备绿色航煤与绿色化学品的共性基础问题。