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材料學院劉旭光博士在分子篩合成研究領域取得新進展
作者:材料學院  來源:材料學院  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年06月10日

分子篩被認為是最重要的催化材料。目前,化工過程中主要採用水熱合成方法制備分子篩催化劑,合成過程及製備的分子篩仍存在結構與性能方面的瓶頸。我校材料科學與工程學院劉旭光博士長期專注於先進分子篩材料的合成,結構及性能調整方面的研究,致力於通過化學與材料相關聯的策略解決分子篩合成機制、特定納米結構與性能難以實現等技術難題,近期取得了新進展,相關工作發表於化工學科專業刊物(Chemial Engineering Journal, Industrial & Engineering Chemistry Research)。上述工作均以我校為第一研究工作單位。

發表於Chemical Engineering Journal(2020, 381, 122759),題為A chemical approach for ultrafast synthesis of SAPO-n molecular sieves的工作中,作者利用檸檬酸與鋁離子的耦合作用,顯著促進了分子篩前驅體成核,並縮短了磷酸鋁分子篩的晶化合成周期,實現了化學策略下的快速合成技術。這種化學促進作用能將晶化合成周期從數十小時,縮短到兩小時,並顯著區別於現有的物理促進合成技術。相關規律與機理研究表明,藉助於檸檬酸等螯合劑的耦合作用,可以簡潔的促使分子篩前驅體形成介穩態半晶體納米團簇,加快成核與晶化。動力學研究表明該促進作用改變了晶化速率常數中的指前因子,而非晶化生長活化能。作者將此現象關聯為非經典成核生長。在此基礎上,進一步調控分子篩的結構形成多級孔分子篩,其在催化甲醇制烯烴過程中表現出優異的催化性能。值得指出,基於上述研究工作原理創新,所得到的技術創新性得到了國家專利局的肯定。以該工作申報的國家技術發明專利以原文無複議的形式,很快得到了授權(ZL201910079388.1)。該工作得到了中國天辰化學工程公司的大力支持,相關規模化試驗工作正在進行中。胡茂從博士為論文撰寫佈局,材料科學與工程學院研究生王添漪完成了實驗工作,李霞與王志義教授提供了重要的理論指導,劉旭光博士提供了研究思路並主導了研究工作。

發表於Chemical Engineering Journal(2020, 384,123267),題為Strong nano size effect of titanium silicalite (TS-1) zeolites for electrorheological fluid的工作中,作者總結出來合成納米鈦硅分子篩的技術與機制。傳統水熱合成分子篩的過程包括分子篩前驅體成核,晶化與生長,通常會導致分子篩顆粒大於100 nm。利用過飽和的母液顯著促進成核,同時抑制生長,可以獲得平均粒徑小於100 nm的納米鈦硅分子篩顆粒。在優化的合成條件下,該晶化合成周期僅需兩小時,同樣實現了快速合成。相關規律與機理研究表明,藉助於母液的促進成核,以及優選化學作用與合成條件,可以簡潔的促使分子篩前驅體在合成體系中形成過飽和,能快速成核與晶化。作者將此現象關聯為非經典成核生長。所得納米鈦硅分子篩極具分散性,應用於電流變液體中能保持長達80多天的穩定性,顯著優於同期文獻研究水平。該工作得到了王寶祥副教授的支持,材料學院研究生宋豪傑完成了實驗工作,李霞與王志義教授提供了重要的理論指導,劉旭光博士提供了研究思路並主導了研究工作。王寶祥副教授進一步的優化工作發表在Industrial & Engineering Chemistry Research上(2020, 59, 1168-1182),題為Synthesis and Enhanced Electrorheological Properties of TS-1/Titanium Oxide Core/Shell Nanocomposite.

上述研究得到國家自然科學基金青年項目、廣東省揚帆計劃項目、青島科技大學青年嶗山學者的資助。

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