氨的选择性催化还原（NH3-SCR）是有效减缓有害氮氧化物排放的关键技术。含铜的小孔沸石因其优异的稳定性及较宽的温度窗口而受到广泛的关注。Cu-SAPO-34为Si-P-Al骨架连接形成的CHA拓扑结构，其合成成本较低，同时还具有优异的高温水热稳定性。然而，优化Cu-SAPO-34中的硅分布仍具有挑战。硅的分布对于实现沸石中酸性位点与活性铜物种之间的协同作用至关重要。沸石中孤立的硅物种有助于形成适宜的酸性位点，同时孤立硅物种更有利于形成并稳定Cu2+活性位点（图1），这些Cu2+物种是反应的活性中心。相反，如果形成大量的硅岛，既难以提供反应所需的酸性，又会形成Cu(OH)⁺物种（图1），而Cu(OH)⁺物种稳定性较差，易发生水解，进而对反应活性产生负面影响。目前，对于Cu-SAPO-34的合成主要集中于离子交换法和一锅法，二者对于Si分布的调控仍存在问题，因此针对具有可调控硅和铜状态的Cu-SAPO-34的合成仍需要进行合理的设计。
图1 SAPO沸石中Si物种与Cu物种的分布示意图
化学学院任利敏教授课题组长期致力于分子筛合成新路线的探索（Inorg. Chem. 2024, 63, 14539-14549; Ind. Eng. Chem. Res. 2024, 63, 15438−15447）。近日，大连理工大学任利敏教授、孟长功教授和沈阳师范大学殷成阳教授合作，在该研究领域取得了新的突破。通过选用具有高Si含量且主要为孤立硅分布的FAU型沸石SAPO-37为母体，并选用铜-四乙烯五胺（Cu-TEPA）同时作为铜源和有机结构导向剂，仅通过12-24小时快速由SAPO-37转晶制备得到Cu-SAPO-34。通过转晶策略使Cu-SAPO-34继承了母体沸石中的孤立硅分布，从而得到了适宜的酸性并优化了Cu2+物种的分布，与传统合成方法相比，Cu-SAPO-34展现出卓越的催化活性、更宽的温度窗口及更优异的水热稳定性。（图2）
图2 通过SAPO-37转晶得到Cu-SAPO-34及其NH3-SCR活性示意图
通过表征证明母体沸石SAPO-37首先在碱性模板剂的作用下溶解形成基本结构单元，而后在Cu-TEPA的引导下，结构单元重组并形成初步的CHA结构，随着时间延长Cu–TEPA逐步掺入CHA笼内，并最终形成高结晶度的Cu-SAPO-34沸石。（图3）
图3 通过SAPO-37转晶得到Cu-SAPO-34的结晶机制示意图
这是首次通过SAPO-37转晶得到Cu-SAPO-34的报道。该方法不仅优化了Cu-SAPO-34的合成工艺，也为硅磷铝沸石间转化开辟了新的途径。该工作以“Enhanced NH3-SCR activity of Cu-SAPO-34 by regulating Si distribution via an interzeolite conversion strategy”为题发表在《Chemical Communications》上。本文的第一作者为化学学院的博士研究生肖宇轩，沈阳师范大学殷成阳教授和大连理工大学化学学院任利敏教授、孟长功教授为共同通讯作者，大连理工大学为第一完成单位。
原文链接：https://doi.org/10.1039/d4cc04979a
