沸石是一类微孔结晶材料，自 1940 年代以来，它在化学工业中作为催化剂、吸附剂和离子交换剂发挥着不可或缺的作用。合成方法和表征技术的进步使新型沸石材料的制备成为可能，并在不同的领域有了新的应用。通过调整它们的多孔结构、骨架组成和晶体形态，再加上外来活性物质的掺入，沸石和沸石基材料在许多具有挑战性的过程中表现出前所未有的高性能。
有鉴于此，吉林大学于吉红院士等人，重点介绍了使用非石化原料高效催化生产工业上重要的碳氢化合物和含氧化合物、高效分离使用传统方法和材料难以实现的碳氢化合物混合物，以及主-客体组合物，其物理性质对于沸石主体或游离客体物种都是前所未有的。最后，提供了对沸石材料未来发展方向的看法，以满足不同领域不断增长的需求。
本文要点
1）沸石合成技术的发展促进了沸石应用的发展。特别是，有机结构导向剂的设计已经产生了大量用于特定反应的沸石材料 ；使用不同的后处理和原位方法制造分级沸石使沸石具有增强的催化活性、选择性和寿命；自下而上的合成方法已被用于制造定向、薄而坚固的膜，以提高具有挑战性的分离的性能；孤立的和良好分散的单金属原子，团簇或纳米粒子已经原位纳入沸石框架，以显示高催化或发光性能。同时，沸石的可持续生产方法，如无模板合成、无溶剂合成和自由基加速合成，也已被开发出来。为了满足传统和新兴应用日益增长的需求，需要进一步努力开发高效、大规模的高性能沸石材料合成策略。
2）沸石的许多重要应用都与催化有关。除了催化生产碳氢化合物和含氧化合物外，沸石催化剂还应用于许多可持续生产高价值化学品的过程，例如甲烷活化、生物质转化、氮氧化物还原、制氢、醇脱水，完全甲烷氧化，烯烃氢化，烯烃加氢、烯烃环氧化和氧化氰化。开发兼具高活性、高选择性、高产率、长寿命和低生产成本的高性能催化剂仍然是沸石催化的主要目标。特别是，许多最新的沸石具有不令人满意的催化寿命，这阻碍了它们的工业应用。解决这个问题的一种方法是使用创新的合成方法设计基于沸石的复合催化剂。例如，开发制备合金纳米粒子的合成策略对于提高 Pt 基催化剂的活性和催化寿命至关重要。然而，由于稀土氧化物的化学势较低，几乎不可能在Pt和稀土金属之间形成合金。为了解决这一问题，一种表面有硅醇缺陷的介孔硅质MFI沸石被用来负载Pt和La纳米粒子。硅醇缺陷增加了La物种的化学势，使La向Pt扩散，形成Pt - La合金纳米颗粒。由于这一创新，合成的Pt-La /MFI复合材料的催化寿命比无合金Pt-La /MFI高出三个数量级。提高催化剂寿命的另一个方向是开发有效的策略来持续再生失活的沸石催化剂。焦炭沉积是MTO反应中小孔分子筛失活的主要原因。然而，在一种新的策略中，沸石中的焦炭通过蒸汽裂解转化为萘类物质，这是有利于轻烯烃形成的活性烃池中间体。
3）分离是沸石的另一类重要应用。沸石最近的应用包括惰性气体分离,CO2捕获，甲烷捕获和存储，脱硫和H2筛分。开发具有高选择性和高可再生性的沸石材料，以及在工作条件下具有高通量、选择性和稳定性的沸石膜，值得持续的研究努力。特别是，需要大规模生产二维沸石、沸石纳米片和坚固的无缺陷膜的新策略。沸石材料的新应用继续出现在不同领域，如能源转换和存储、电子和光学设备、环境保护和卫生保健。尽管取得了成功，但许多涉及沸石的重要催化和分离过程的机制仍不清楚。特别是，非常需要对新兴应用的结构-性能关系有基本的了解。对揭示沸石活性位点的局部原子结构和相应的催化或分离机制越来越重要。
参考文献：
Li, Y., Yu, J. Emerging applications of zeolites in catalysis, separation and host–guest assembly. Nat Rev Mater (2021).
DOI: 10.1038/s41578-021-00347-3
https://doi.org/10.1038/s41578-021-00347-3
