近日，中国科学院大连化学物理研究所低碳催化与工程研究部（DNL12）郭鹏研究员和刘中民院士团队通过精确调控有机结构导向剂，合成了一种全新小孔磷铝分子筛DNL-17，并采用先进的三维电子衍射技术解析其复杂的晶体结构。
磷铝（AlPO）分子筛是由磷氧四面体和铝氧四面体通过共氧顶点相互连接而成、具有规则孔道或笼状结构的晶态磷铝酸盐材料。其中，具有三维贯穿孔道的小孔AlPO分子筛因其在气体选择性吸附和能量储存方面的独特能力而备受关注。目前，合成这类全新三维小孔AlPO分子筛主要面临两个挑战，首先是对有机结构导向剂（OSDA）导向机制理解的缺失；其次，由于AlPO分子筛的晶体尺寸通常在微纳米甚至纳米级别，传统的单晶X射线衍射（SC-XRD）方法难以有效解析分子筛骨架结构和主客体相互作用，在一定程度上阻碍了全新分子筛的探索合成。
本工作中，科研人员选用双头季铵盐作为OSDA，通过对其碳链长度和端基尺寸进行精细调控，合成了一种全新纳米级小孔磷铝分子筛，并将其命名为“DNL-17”。团队进一步利用三维电子衍射技术直接确定了DNL-17的复杂晶体结构。研究发现，DNL-17属于ABC-6家族，具有小孔8×8×8元环三维贯穿孔道，其骨架结构中包含四种不同类型的分子筛笼（d6r、can、eri和cha），并且沿c轴方向形成了多达24层的复杂堆垛序列（AABAACAABBCBBABBCCACCBCC）。结合理论计算和固体核磁碳谱表征结果，科研人员揭示了DNL-17合成过程中，OSDA采用不同构象来稳定不同分子筛笼。这一发现证实了OSDA可以通过不同构象构建全新磷铝分子筛结构，为新型分子筛的设计合成提供了新思路。此外，研究还发现DNL-17在正丁烷和异丁烷分离过程中表现出了良好的选择吸附性能。
郭鹏和刘中民团队长期专注于电子晶体学（包括三维电子衍射和高分辨成像技术）表征方法的开发和应用，在纳米尺寸晶态多孔材料的结构解析（Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Nat. Commun.，2023；Nat. Commun.，2025；Chem. Soc. Rev.，2024）、基于结构导向的合成方法开发（J. Am. Chem. Soc.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024；J. Mater. Chem. A，2018）、分子筛构-效关系的解析（J. Am. Chem. Soc.，2023；Chem. Sci.，2021）等方面开展了系统性的研究工作。
相关研究成果以“DNL-17: A Small-Pore Aluminophosphate in ABC‑6 Family with 24 Stacking Layers Unraveled by Three-Dimensional Electron Diffraction”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的第一作者是大连化物所DNL1210组博士研究生乜晨阳。该成果得到国家自然科学基金等项目的资助。
