本文中，易智编译总结了以往在Science和Nature杂志上发表的关于“沸石”领域的突破性成果，和大家一起交流探讨。
沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Axel Fredrik Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”（瑞典文zeolit）。在希腊文中意为“沸腾”（zeo）的“石头”（lithos）。此后，人们对沸石的研究不断深入。沸石具有离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性、化学反应性、可逆的脱水性、电导性等。
沸石的晶体构造可分为三种组分：(1)铝硅酸盐骨架，(2)骨架内含可交换阳离子M的孔道和空洞，(3)潜在相的水分子，即沸石水。沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。
1、Science:通过羟基自由基加速沸石的结晶
吉林大学于吉红院士团队早在2016年揭示了羟基自由基参与水热条件下加速沸石结晶化过程。沸石的结晶过程，如Na-A，Na–X，NaZ–21以及silicalite-1，羟基自由基可以明显加速沸石分子筛的结晶化过程。通过紫外照射或Fenton反应向沸石分子筛水热合成体系额外引入羟基自由基，能够明显促进沸石分子筛的成核，从而加速其结晶化过程。该研究成果是无机微孔晶体材料生成机理研究方面的重要突破，能够对沸石分子筛的生成机理产生新理解，为在工业上具有重要需求的沸石分子筛材料的高效、节能和绿色合成开拓新方向。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/351/6278/1188
2、Science:合成气选择性转化为轻质烯烃
中科院大连化物所包信和院士团队在2016年采用金属氧化物和多孔SAPO沸石组成的双功能催化剂，提出了全新的OX-ZEO过程，在一氧化碳（CO）转化率为17%时低碳烯烃（C2=–C4=）的选择性大于80%以及低碳烃类产物（C2-C4）的选择性达到94%。基于此，该催化剂能够提供互补的两种活性中心。部分还原的氧化物表面（ZnCrOx）能够激活CO和H2，而后在密闭的沸石酸性毛孔中介导C−C耦合。此外，该双功能催化剂和反应可能允许使用具有低的H2/CO比的煤和生物质衍生的合成气。该研究通过将CO活化和C-C键形成这两个过程分开，实现了令人惊奇的高达80％的低碳烯烃选择性。
文献链接：
http://science.sciencemag.org/content/351/6277/1065
3、Nature:含铁沸石中低温甲烷羟基化的活性位点
斯坦福大学的Edward I. Solomon教授团队和天主教鲁汶大学的Robert A. Schoonheydt、Bert F. Sels等人在2016年利用 (VTVH-MCD)光谱技术，很好地揭示了含铁沸石低温催化甲烷羟基化活性位点的本质。研究结果表明α-Fe(II)是一种单核、高自旋的四方平面的二价铁物种，而α-O是一种单核、高自旋的Fe(IV)=O物种，其高催化活性来源于分子筛点阵对铁配位几何构型所产生的约束。该研究借助新颖的设计思路，实验与理论结合揭示悬而未决的多相催化问题。该研究对后续的设计高效的Fe-Zeolite催化剂以实现甲烷的高选择性氧化提供了有意义的指导。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/nature19059
4、Science:甲烷高选择性厌氧氧化直接制备甲醇
瑞士苏黎世联邦理工学院的Jeroen A. van Bokhoven教授和保罗谢尔研究所的Vitaly L. Sushkevich教授发展了一种逐步工艺策略，以水的部分氧化为基础，在水沸石上高选择性(约97%)地将甲烷直接转化为甲烷。首先在673 K下进行氢活化，然后在473 K的水温条件下于沸石中持续产生0.204摩尔的CH3OH (mol/Cu)。研究人员通过同位素标记方法，证明了水对反应供应氧气，该反应以再生沸石为活性中心，使得甲醇的解吸能力较好。本研究中所提到的甲烷厌氧氧化直接合成制备甲醇的方法，以水作为氧化剂，选择性高达97%。这为高效的工业化制备甲醇提供了可能性，同时对于未来实现大规模甲烷向甲醇的转化具有重要意义。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/356/6337/523.full
5、Science:剖析NOx选择性催化还原中铜离子形成的动态多核位点
美国圣母大学William F. Schneider和普渡大学Rajamani Gounder等人通过使用稳态和瞬态动力学测量手段，并结合使用x射线吸收光谱和DFT计算，证明了移动的Cu+可以通过沸石孔隙并形成瞬态的离子对，这种瞬态的离子对涉及到氧气介导的CuI→CuII氧化还原步骤与选择性催化还原（SCR）的结合。静电束缚到框架Al中心限制了每个离子可以探测的数量，从而限制了形成离子对的能力。单个原子多核位点的动态的，可逆的形成揭示了多核位点会落在异质或均相催化剂的常规界限之外。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/357/6354/898.full
6、Science：在甲烷氧化制甲醇过程中原位形成过氧化物的疏水沸石改性
浙江大学肖丰收教授团队和王亮研究员报告了一种非均相催化剂体系，该体系通过在温和的温度（70°C）下原位产生的过氧化氢提高甲醇在甲烷氧化中的产率。通过将AuPd合金纳米颗粒固定在铝硅酸盐沸石晶体中，然后用有机硅烷修饰沸石的外表面，从而合成催化剂。硅烷允许氢，氧和甲烷扩散到催化剂的活性位点，同时将生成的过氧化物限制在那里，以提高其反应几率。在甲烷转化率为17.3％时，甲醇选择性达到92％，相当于甲醇产率达到91.6 mmol g-1AuPd h-1。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/367/6474/193.full
7、Science：Na+门控水传导纳米通道促进CO2转化为液体燃料
美国伦斯勒理工学院Miao Yu教授团队与浙江工业大学、密苏里科技大学和美国天然气技术研究所的研究人员合作通过巧妙设计成功组装成厘米级膜，其特点是具有可忽略不计的缺陷、阻气水传导性的NaA沸石纳米通道。研究人员通过在高温和高压条件下进行天然气脱水实验证实了水的传导，这很可能是Na+的门控效应的原因，而该Na+位于8个氧环孔中，调节了其有效尺寸。这种导水膜（WCM）在高温（200至250℃）和压力（21至35 bar）下大幅度的提高了CO2转化率和甲醇生产中CO2加氢催化合成中甲醇产率。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/367/6478/667.full
8、Science：控制沸石孔内部达到化学选择性炔烃/烯烃的分离
南开大学李兰冬教授团队和英国曼彻斯特大学杨四海教授团队合作研发了一类具有高活性位点且能对炔烃/烯烃进行分离的分子筛材料。研究人员通过在八面沸石（FAU）的六元环中封存孤立的开放性镍（II）位点进而对沸石内部孔隙进行控制。在环境条件下，Ni@FAU表现出了显著的烯烃吸附效果，对乙炔/乙烯、丙炔/丙烯和丁炔/1,3-丁二烯混合物可进行高效分离，动态分离选择性分别为100、92和83，达到了前所未有的动态分离效果。原位中子衍射和非弹性中子散射结果表明，封闭的镍（II）位点通过形成可转移的[Ni(II)(C2H2)3]络合物与乙炔进行化学选择性和可逆结合。该研究有望推动分子筛材料在相关工业吸附分离过程中的应用。
文献链接：
https://science.sciencemag.org/content/368/6494/1002
