沸石，也称为分子筛，是主要由SiO4和AlO4共角四面体结构单元形成的结晶微孔材料，这些结构单元形成具有明确的分子尺寸通道和空腔的三维（3D）框架。晶体内的空隙空间允许沸石根据分子的大小或几何形状来区分分子。沸石具有可变的化学成分和独特的孔隙拓扑结构，已被广泛用于吸附/分离、离子交换过程等工业应用，也可用作炼油和精细化学合成过程中的催化剂。

介绍

沸石是自然界中发现的矿物，是一类重要的无机微孔结晶材料，其氧化物基网络由共享角的TO4个原子组成，其中T是指四面体原子，最常见的是Si和Al。自发现以来，沸石已在许多不同领域得到广泛应用，特别是在催化、吸附/分离和离子交换过程1中。除了这些对石化行业的不同化学工业部门产生巨大经济影响的沸石传统用途之外，沸石材料的新用途正在出现，如发光、电、磁、医药和微电子等应用2.沸石在如此广泛的应用中的能力与沸石的两个特殊特性直接相关：（1）它们独特的微孔结构，具有多孔系统的通道和/或分子尺寸的空腔，这使得它们可以表现得像分子筛或作为形状选择性催化剂，以及（2）它们的多种氧化物网络组成，可以建立不同的框架，最常见的是Si和Al，但也扩展到多种其他四面体原子，例如B，Ge、P和Ga。氧化物成分决定了沸石的重要性质，例如浓度、催化位点的强度和通道表面的极性（亲水/疏水）特性。因此，为了优化沸石，

合成

合成沸石最初完全由无机试剂制成，并且进行了许多实验以确定各种碱金属和碱土金属的影响。年，当伦敦帝国理工学院的RMBarrer教授开始尝试用有机阳离子如四甲基铵(TMA+)3代替部分碱金属和碱土金属阳离子时，沸石合成取得了重大进展。使用TMA+，他能够合成我们今天使用的几种沸石。

应用

沸石微孔具有分子大小，使其具有吸附性（β型沸石和Y型系列沸石）、催化性（SBA-15、SBA-16、MCM-41、Al-MCM-41、MCM-48、FDU-12、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-22、ZSM-35、SAPO-11、SAPO-34、TS-1、SSZ-13和KIT-6）和离子交换（β沸石)特性，这些特性在工业化学领域中至关重要。此外，人们对与工艺强化、绿色化学、混合材料、医学、动物食品用途、基于光学和电子的应用、多功能织物和纳米技术相关的新沸石应用研究的兴趣正在增长。以下部分描述了几个应用程序。

图2.ACS材料分子筛TS-1（B型）的SEM图像

先进的分离技术

关于沸石吸附化学物质的最基本考虑是分子筛分。微孔尺寸决定了吸附物分子对内部吸附表面的可及性。动力学直径太大而无法通过沸石孔的物质被有效地“筛分”。这种“筛子”效应可用于按大小和形状分离分子。沸石对特定吸附物的选择性取决于分子的空间效应、磁化率和极化率。

图3.ACS材料分子筛MCM-41（A型）的SEM图像

沸石用于多个工业领域的许多分离和纯化应用，例如石油精炼工艺、石化、天然气处理、工业气体生产和净化、特种化学品和制药。沸石上的吸附在减少环境废物的应用（即从工业废气中回收溶剂、放射性废物管理和制造无磷酸盐洗衣粉的助洗剂）中也发挥着重要作用。

沸石作为合成精细化学品的催化剂

沸石是结晶微孔材料，广泛用于精炼以及化学品和石化产品5的生产。这些材料作为固体酸或碱催化剂的优点已在文献中广泛讨论。特别是酸性沸石因其优异的催化性能而被广泛用作炼油和石化工业的催化剂，可以替代有害酸，减少盐和其他废物，防止植物腐蚀。

在过去的几年中，使用酸性沸石作为催化剂合成化学中间体和精细化学品的工作量大大增加。沸石材料内的各种孔拓扑结构和孔尺寸以及调节其酸度（或碱度）的可能性和再生它们的可能性使这些材料成为用于合成精细化学品的有吸引力的非均相催化剂。

燃料电池应用中的沸石和分子筛

燃料电池有望为固定、移动和便携式应用提供清洁高效的能源6。为了提高性能，沸石和中孔材料越来越多地用于燃料电池。它们已被用于增加质子传输、减少燃料交叉和改善电解质膜中的水管理。它们在燃料电池中用作电极和电催化剂，也用于燃料转化、重整和储存。沸石和分子筛在燃料电池研究中的贡献主要分为三个部分：（1）电解质膜中的沸石，（2）燃料电池电催化中的沸石，以及（3）燃料电池燃料加工中的沸石。

结论

沸石催化剂最重要的活性位点、它们的性质和化学行为很大程度上取决于骨架的结构类型和化学组成。据悉，近50年来沸石对科技的影响在材料和催化领域尚无先例。近种不同结构类型的沸石和大量关于沸石的优秀科学论文已经彻底改变了石化行业。此外，还出现了其他多孔材料，包括介孔材料、分层体系、金属有机骨架（阳离子周期聚合物）和介孔有机硅。所有这些材料都大大增加了新型多孔材料的有趣特性。