理大研究揭示沸石结构 促进催化剂於石油化工和再生能源的应用

沸石是石油化工业中广泛应用的晶体材料，也是制造精细化学品的关键催化剂，而铝是沸石材料活性中心的来源。香港理工大学（理大）团队的研究成功揭示铝原子在沸石骨架的精确位置，有望用於设计效能更高和更稳定的催化剂，提高石油化工产品的产量丶实现高效的再生能源储存和空气污染管制，促进沸石在相关领域的应用。研究成果已於国际期刊《科学》发表。

研究由理大应用生物及化学科技学系催化及材料学讲座教授曾适之教授丶副教授劳子桓教授，以及第一作者研究助理教授李光超博士带领，与牛津大学及中国科学院精密测量科学与技术创新研究院合作开展。

沸石具有清晰的微孔结构丶高表面积，以及可调节酸硷度等特性，在石化提炼丶环保催化剂及精细化学品合成过程中是不可或缺。沸石中的铝原子分布会影响分子吸附物的几何形状丶催化活性，以及形状和尺寸的选择性。然而，铝原子在沸石骨架的精确位置及分布，以及其对沸石催化行为的影响，一直是科学界未解决的难题。

团队研究了实验室合成及商用的两类H-ZSM-5沸石，以拉近基础研究与实际工业应用之间的差距，并优化H-ZSM-5，实现更高效的催化制程。团队运用创新的方法，利用专为探测材料晶体结构而设的工具，包括「同步辐射共振软X射线衍射」及「探针辅助固态核磁共振」（SSNMR），结合分子吸附方法，成功揭示分子与铝活性位点的互动作用，并在商用 H-ZSM-5 沸石骨架结构内找到单一及成对铝原子的精确位置，在铝原子定位上取得突破。

研究成果将有助制造更高效丶更具选择性的催化剂，其应用不限於石油化工产品，还可惠及再生能源和污染控制等产业，促进可持续发展，减少对环境的影响。在炼油石化应用方面，可提高汽油和液体燃料原料「烯烃」的产量及质量，同时降低能耗。如应用於环保催化剂，可更有效舒缓空气污染问题。在再生能源与生物燃料应用方面，则有助实现更高效的氢气存储和利用，有助推动氢能经济的发展。

曾适之教授表示：「研究的创新性在於找到铝原子在沸石骨架的精准位置和定位方式，并首次提供了沸石骨架的全面结构分析。这项重大发现有助设计更高效丶更具针对性的沸石催化剂，使化学品制造过程更迅速丶节能和环保。」

劳子桓教授表示：「我们积极探索和结合多种技术，从多维度了解铝原子的分布及其与吸附分子的互动作用，成功揭示了铝原子在沸石中的关键反应机制，让科学界对沸石的结构有更深入了解。」

李光超博士表示：「未来，团队将进一步开发新的合成方法，以精确控制沸石中铝原子的分布丶浓度及孔隙结构，以设计具最佳活性丶选择性和稳定性的催化剂，满足特定工业的需求。」

此外，团队会积极与工业夥伴紧密合作，促进研究成果转化落地。绿色化学与可持续催化是理大大亚湾技术创新研究院的重点研究方向之一，团队将借助研究院的庞大网络和科研优势，与当地石油化工企业合作，携手推动创新转化研究，加速先进沸石催化剂的商业应用。目前，理大拥有全港唯一一部SSNMR设施，也将引入粤港澳大湾区及华南地区首部「动态核极化SSNMR（DNP-SSNMR）光谱仪」，进一步提升研究工作的进度。

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