尽管沸石在工业领域中应用广泛，但三维超大孔沸石的应用因合成和稳定性难题而受限。本文究旨在提供突破这一科学挑战的新视角和新方向。
导 读
三维超大孔沸石因其优异的催化性能和广泛的工业应用潜力备受关注。然而，传统合成策略的局限性，限制了稳定型三维超大孔沸石的可控、高效制备，如何突破传统合成体系，实现稳定型三维超大孔沸石定向设计制备是该领域关注的焦点。本文总结了近年来在该领域的重要研究进展，包括新型的结构导向剂设计和全新的拓扑缩合机制，为稳定型三维超大孔沸石的可控制备提供了新思路，并为其在能源和化工领域的应用开辟了广阔前景。
图1 图文摘要
沸石作为一类重要的多孔材料，具有孔道结构规则、比表面积高、活性中心可调、热稳定性优异等特性，使其在催化、吸附和分离领域具有广泛的应用价值。然而，目前工业化沸石的孔径大多限于12元环及以下，限制了其在大尺寸分子催化反应（如重油加工和大分子有机物转化）中的应用。为满足工业生产过程中对大孔沸石材料日益增长的迫切需求，开发稳定型三维超大孔沸石已成为催化材料领域的重要科学问题。
尽管已有研究报道了多种超大孔沸石的合成，但普遍存在结构/热稳定性差、水热耐久性不足、制备成本高等问题，极大限制了超大孔沸石的实际应用。因此，实现高稳定、低成本三维超大孔沸石的可控制备不仅是材料科学领域的重要突破，也将为工业催化的技术革命带来新契机。
设计理念创新：新型结构导向剂（SDAs）
超分子组装模板法（SAT）：
传统SDAs通常是单分子结构，在引导超大孔沸石合成时效率较低。为解决这一问题，研究者们通过超分子组装技术，使特异性结构的小分子SDAs自组装成大分子结构，并以其为有效模板剂，成功引导了多种新型超大孔沸石的合成，如NUD系列材料，其中，超大孔沸石NUD-1具有18元环、12元环和10元环相互连接的三维孔道系统，且展现出良好的稳定性。
构型适配方法：
研究者提出“构型适配”设计策略，开发出刚性四面体结构的SDAs，如甲基三环己基膦，其刚性的空间构型特性，避免了一维链状结构的生成，成功合成了稳定型三维超大孔沸石ZEO-1。ZEO-1不仅具有16×16×16元环的三维大孔通道，还表现出优异的热稳定性，可耐受1200°C高温，极大拓宽了超大孔沸石在高温领域的应用范围。
拓扑缩合机制创新：1D到3D转化
全新的拓扑缩合机制：
研究者首次以全新的“点击反应”式拓扑缩合机制实现了从一维链状硅酸盐直接制备三维超大孔沸石结构的目标，突破了传统的拓扑缩合以二维层状结构为前体来构建三维孔道的理念，成功合成了ZEO-3和ZEO-5两种稳定的三维超大孔沸石。其中，ZEO-3是由一维链状硅酸盐ZEO-2经拓扑缩合形成，其框架密度仅为12.15 T/nm³，是当时已知最低密度的硅材料之一。ZEO-5通过插入硅原子进一步扩大了孔径，形成了20×16×16元环的三维超大孔结构，框架密度进一步降至11.07 T/nm³，与水密度相近。此外，ZEO-5的理论比表面积高达1500 m²/g，且在引入钛元素后表现出优异的烯烃环氧化性能，在绿色化工领域的应用开辟了新方向。
总结与展望
稳定型三维超大孔沸石的大尺寸孔道体系有助于提升大分子化合物在催化反应中的传质过程，在石油化工、精细化学品合成、生物质转化等领域展现出巨大潜力。此外，其高比表面积和可调控的活性中心使其在大气污染物的吸附、降解等治理领域表现出显著优势。
未来的研究可从以下几个方向展开：
1. 拓展合成机制： 深入研究一维链状结构到三维孔道框架的拓扑缩合机制，探索其他类型的前体结构和缩合条件，进一步丰富超大孔沸石家族。
2. 多功能化应用： 结合金属修饰、复合功能材料等方法，将三维超大孔沸石应用于更广泛的催化、分离和储能领域，为工业生产提供全面解决方案。
责任编辑
周珍宇 南昌大学
杨其浩 中国科学院宁波材料技术与工程研究所
本文内容来自The Innovation 姊妹刊The Innovation Materials 第3卷第1期发表的Perspective文章“Stable 3D extra-large pore zeolites, challenge and opportunity” (投稿: 2024-06-27；接收: 2024-10-10；在线刊出: 2024-12-10)。
DOI：10.59717/j.xinn-mater.2024.100106
引用格式：Niu Z., Chen F. and Yu J. (2025). Stable 3D extra-large pore zeolites, challenge and opportunity. The Innovation Materials 3: 100106.
作者简介
陈飞剑 吉林大学化学学院教授、博士生导师、国家杰出青年基金获得者（2024）。2022年加入吉林大学化学学院、吉林大学未来科学国际合作联合实验室。专注于新型大孔和超大孔分子筛的合成，发展了多种新合成策略，成功创制出系列新型分子筛，特别是ZEO系列超大孔分子筛填补了领域空白，实现了三维稳定超大孔分子筛从无到有的突破。近年来以第一/通讯作者（共同）发表Science 2篇、Nature 1篇、Angew. Chem. Int. Ed. 2篇等，获国际分子筛协会结构代码2个（JZO和JZT）。
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期刊简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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