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沸石分子篩作為石油化工和精細化學品合成中廣泛應用的固體酸催化劑，其催化性能受到傳統微孔結構的限制。近年來，研究者雖已開發出多種超大孔沸石材料，但普遍存在水熱穩定性差或難以引入活性鋁中心等問題，制約了其在大分子催化中的應用。中國科學院青島生物能源與過程研究所研究團隊此前報道了一種新型沸石材料ZMQ-1。該材料具有28元環介孔通道（約2.3×1.2nm），兼具沸石的晶體酸性和介孔結構的可及性。然而，其合成過程中使用的含磷有機模板劑在煅燒后仍可能殘留，影響材料性能，相關機制尚不明確。針對該問題，研究團隊聯合國際團隊，系統闡明了ZMQ-1中殘留磷物種對材料酸性和孔道結構的影響機制，并實現了酸性位點的精準調控。研究綜合運用固體核磁共振、原位紅外光譜、氬氣物理吸附及密度泛函理論計算等手段，揭示了不同焙燒和后處理條件對殘留磷去除效率及酸性位點可及性的影響。實驗表明，動態真空焙燒可去除約90%的殘留磷，而采用氯化銨或硝酸銫溶液洗滌，可進一步去除超過90%的磷，并恢復鋁的骨架結構。研究團隊測定了吡啶及2,6-二叔丁基吡啶在ZMQ-1上的摩爾消光系數，為酸性位點的定量分析提供了基礎。實驗發現，無磷ZMQ-1中所有Br?nsted酸性位點均可被探針分子接近，而殘留磷的存在顯著降低其可及性。DFT計算進一步表明，鋁原子優先占據特定結構區域，Br?nsted質子朝向介孔通道排列，這一預測通過銫離子交換實驗得到驗證。催化性能測試結果顯示，無磷ZMQ-1對目標產物2,4,6-三叔丁基苯酚的收率達到15.5%，遠高于工業常用多級孔USY沸石及無定形Al-MCM-41材料。該優異性能源于ZMQ-1規整的10/12元環窗口級晶體介孔結構。該結構可穩定大分子反應過渡態，是無定形材料難以實現的。研究為ZMQ-1的催化應用奠定了基礎，也為其他基于磷模板劑合成的超大孔沸石結構優化與性能調控提供了研究范式。相關研究成果以Elucidating the Acidic and Textural Properties of ZMQ-1, a 28-Membered Ring Mesoporous Aluminosilicate Zeolite為題，發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。論文鏈接