作者：Jean-Pierre Gilson*, Ulrich Müller

01 论文信息

论文信息

Gilson J P, Muller U. ZMQ-1 breakthrough: A new milestone in zeolite science & technology[J]. Green Carbon, 2025.

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https://doi.org/10.1016/j.greenca.2025.06.004

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ZMQ-1 breakthrough: A new milestone in zeolite science & technology

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Green Carbon评述 | Nature：ZMQ-1材料—沸石分子筛领域的新里程碑

02 背景简介

在"双碳"目标驱动的绿色化工转型背景下，沸石分子筛作为一类具有晶体骨架与规整孔道结构的无机微孔材料，已成为石油炼制、石油化工及环境治理等领域的核心催化与吸附材料。当前工业化的沸石技术通过其亚纳米级微孔孔道对反应物、中间体及产物分子的择形扩散与吸附作用，实现高选择性催化转化与高效分离。但由于孔径尺寸限制，沸石微孔孔道在处理大分子反应物时会产生严重扩散阻力，这不仅导致催化活性位点可及性差、反应速率受限，还会加剧积碳失活，缩短催化剂使用寿命。目前，学界对分级孔沸石构筑机制仍存在认知局限，主流观点认为介孔只能通过后处理脱硅/脱铝或硬模板法引入：通过选择性脱除骨架原子或填充介孔模板剂，在微孔晶体内产生二次介孔孔道。这一过程往往伴随骨架结构破坏与酸性位损失，难以实现微孔-介孔的原子级有序互联，制约了超大孔道沸石材料的实际应用。

法国国家科学研究中心催化与光谱实验室Jean-Pierre Gilson教授，联合巴斯夫（BASF）化工公司催化专家、研究主任（Research Director）Ulrich Muller博士，在Green Carbon发表题为"ZMQ-1 Breakthrough: A New Milestone in Zeolite Science & Technology"评述文章。该文针对中国科学院青岛生物能源与过程研究所卢鹏研究员、Valentin Valtchev研究员与瑞典斯德哥尔摩大学Xiaodong Zou教授团队在Nature发表文章"A stable zeolite with atomically ordered and interconnected mesopore channel"，对文章报道的合成新材料ZMQ-1在沸石分子筛领域的重要研究意义进行了系统性的点评及未来应用预测。

03 评述内容

卢鹏研究员、Valtchev教授和Xiaodong Zou教授合作在Nature发表突破性研究，首次实现了具有原子级有序且相互连通介孔通道的沸石分子筛材料ZMQ-1的合成，为沸石微介孔结构材料的合成树立了全新里程碑。研究团队采用双-1,8-(三环己基鏻)辛基亚甲基双季鏻阳离子作为有机结构导向剂（OSDA），在180-190 ℃水热条件下构建合成体系。表征结果证明，ZMQ-1是首例具有本征微孔-介孔有序互联的稳定铝硅酸盐沸石分子筛材料，其孔容高达0.47 cm³/g，骨架结构在1000 ℃下能够保持热稳定性和水热稳定性，并保留桥连羟基（Brønsted酸性）。

同时，ZMQ-1突破了四十余年来超大孔沸石无法实际应用的困境。例如VPI-5脱水失稳、锗硅酸盐ITQ-37/43模板剂脱除破坏、M41S家族无定形孔壁易坍塌等问题，始终阻碍12元环以上分子筛材料的工业化进程。结构分析表明，OSDA的热稳定性是实现高温晶化、驱动介孔有序组装与微孔框架协同生长的关键，避免了传统材料在模板移除过程中的结构坍塌。

随着ZMQ-1结构里程碑式的出现（图1），值得开展更多的后续研究，包括深入理解其合成路径与特性，结合沸石晶体工程（如减少或无需燃烧去除模板剂、纳米晶体等）筛选其在传统与新兴领域的潜在应用，从而进一步拓展沸石科学与技术的疆域，回应社会的迫切需求，ZMQ-1展现出快速从实验室发现向规模化创新转化的潜力。

图1. 超大孔沸石材料的时间线与孔径

预期ZMQ-1在以下领域的研究值得关注：

1. 重质原料加工，如FCC、加氢裂化等过程，处理重质油馏分及其与废塑料的共处理。

2. 沸石催化反应中的“分子交通控制”机制，ZMQ-1具有两种不同尺寸的互联通道，可更好地控制缩合反应的整体动力学，推动沸石在精细化工中的应用，该材料也为研究纳米多孔材料中的扩散现象提供了理想平台。

3. 用于研究双模有序系统中复杂扩散现象，包括实验和理论模拟。

4. 在吸附方面，可选择性捕获更大体积且高毒性的分子，从多种废液中去除污染物。

5. 传感器与诊疗一体化领域，设计先进功能材料及诊断与治疗路径。

6. 在现有的沸石粉末成型技术的基础上，可作为催化剂材料用于固定床、移动床或流化床并有解决失活问题。

总结与展望

上述本征有序分级孔沸石合成策略的提出，为突破分子筛扩散限制与稳定性瓶颈提供了重要理论基础，同时为OSDA分子设计、晶化动力学调控和工业放大工艺开辟了新方向。该研究对其它多孔材料体系也具有重要启示意义。更关键的是，ZMQ-1的合成证明了热稳定OSDA对实现本征有序互联孔道的决定性作用，这一机制理论上可拓展至磷酸盐、锗酸盐乃至金属有机框架材料。这一突破性进展深化了对分子筛结构导向与介观组装协同机制的理解，必将对高效催化、精准吸附及先进功能材料的开发产生深远影响。

04 作者简介

Jean-Pierre Gilson 教授

Jean-Pierre Gilson教授，法国诺曼底大学/法国国家科学研究中心催化与光谱实验室特聘教授，中国科学院大连化物所和吉林大学客座教授。毕业于比利时纳慕尔大学，物理化学博士学位。毕业后在美国（UOP、Grace）以及欧洲（荷兰和法国的 Shell）从事多年异相催化工艺的设计、表征、评价及商业化部署工作。在Total（现 TotalEnergies）下游研发部门担任主任，负责外部科研合作；荣获“NanoCleanEnergy”企业讲席教授称号，致力于能源与材料转型背景下的天然气分离与升级新路线。转入科研领域后任诺曼底大学物理化学教授，设计了全新课程体系“能源与环境催化过程”；任职催化与光谱实验室主任3届，任末实验室获最高评级 A+。拓展实验室研究方向，新增固体核磁、拉曼、紫外-可见等光谱技术，并建立专注于纳米多孔材料制备、表征与应用的大型团队。2012-2015年担任我国能源领域方面唯一的国家实验室——洁净能源国家实验室副主任。拥有 50 余项专利族，其中芳香烃异构化、石蜡异构化、费-托石蜡加氢裂解等3种催化剂及工艺已实现工业化。出版专著Zeolites for Cleaner Technologies，在Nat. Mater.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，J. Catal.等期刊发表论文100余篇。

05 Green Carbon

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