超级能“筛”！中国科学家成功研制沸石新材料

NJU120-6是何方神圣？简单来说，它是全球首款拥有36元环的本征介孔沸石。NJU120-6这串字符里包含了它的出身：由南京大学黎建研究员团队创制，黎建团队于南京大学（NJU）建校120 周年（2022年）之际组建。近期，这支团队在国际学术期刊《Science》上发文，向全世界展示了NJU120-6这款全新的沸石材料。

01 沸石到底是个啥“石”？

沸石这名字听起来像石头，其实是一种无机晶体材料，既存在于自然界（如火山岩中），也可以人工合成。在我们的生活中，沸石十分常见：

洗衣粉、猫砂靠它吸水、除臭；

净水器滤芯靠它过滤水中的重金属；

汽油的诞生也离不开它的催化。

为啥沸石能干这些“活儿”？

这就要提到沸石的一大技能——分离。由于沸石布满无数微小孔洞，可以根据分子的大小和现状对其进行“筛选”——只让特定大小或形状的分子通过或停留，因此被形象地称为“分子筛”。

【知识拓展】

除了特别能“筛”，沸石内部的微孔表面还分布着大量活性位点，这些活性位点能吸附并激活反应分子，加速化学反应的进行。这就是沸石的另一大技能——催化。

02 传统沸石“筛”不了的家伙

不过，“筛子”也有“犯难”的时候，有些东西它“筛”不了。传统工业沸石的孔道狭窄，只能容纳水分子、小分子油类等“小个子”。面对分子结构复杂的沥青质、胶质分子等“巨无霸”，传统沸石显得有些“无能为力”——这些分子因尺寸过大，无法进入沸石内部的孔道，只能停留在沸石颗粒外表面。

这一难题长期制约着重质油转化、大分子精细反应等领域的发展，成为全球沸石研究“卡脖子”的痛点。然而，NJU120-6的横空出世，让我们有办法对付这些以往难“筛”的“大个子”了。

如果说传统沸石是“狭窄多弯的小径”，那NJU120-6就是“宽敞笔直的高速公路”。沸石的孔道由硅、氧等原子组成的环状结构围成的，“元环”是指构成孔口窗口的硅、铝等骨架原子的数量：原子数越多，环越大，孔口直径就越大。传统工业沸石多为12元环， NJU120-6却有36元环。

03 从12元环到36元环

传统沸石、石英等硅酸盐矿物都属于四配位氧化物框架材料，也就是说，每个硅或铝原子都被四个氧原子包围，形成一个标准的四面体结构（中心一个原子，四周四个氧原子呈立体分布）。要构建出孔道超大、结构稳定的四配位氧化物框架，普通的小分子模板难以实现。

NJU120-6解决这个难题的秘诀，便是以双季鏻盐作为“导向剂”。这种导向剂有不少独特优势：

（1）分子体积大

（2）结构对称

（3）两端带正电

（4）热稳定性强

四配位氧化物骨架在生长过程中带负电，而双季鏻盐分子两端带正电，如此一来，正负电荷精准吸引，能像“定位器”一样，引导硅、铝、氧组成的四面体单元有序排列，用最少的结构单元搭出最宽敞的内部空间，从而形成了NJU120-6目前已知的四配位氧化物晶体中骨架密度最低、孔径最大、容纳能力最强的框架结构。沸石的环数也因此从传统的 12元环拓展到了36元环。

国际公认孔径小于2纳米为“微孔”，2~50纳米为“介孔”，大于50纳米为’“大孔”。 NJU120-6的自由孔径尺寸达25.71 埃×19.12埃（约2.6纳米×1.9纳米），形成了宽敞的椭圆形本征（自然形成的）介孔孔道，这是人类历史上第一次在全结晶沸石里造出如此巨大的本征介孔孔道，这意味着重质油里那些原本进不去的“巨无霸”分子，现在可以畅通无阻地进入孔道内部进行反应。

04 超级“筛”NJU120-6的其他特性及未来应用展望

沸石的孔道大了，骨架遇高温多会坍塌，这也是传统材料的通病：想做大孔，就必须牺牲骨架强度，高温下必然坍塌。NJU120-6的36环的突破是既做大了孔，又搭牢了骨架，其骨架即使在900°C高温下仍保持完整。

除了优异的孔道结构和热稳定性，NJU120-6还拥有“可定制化”的特性：它的晶体骨架结构具备高度的化学可调变性。这种特性让它能根据不同工业需求，通过材料设计实现不同的功能导向：无论是已经验证过的石油炼制中的重油裂解、大分子烯烃环氧化，还是潜在的精细化工合成与环境治理应用，它都能通过“量身定制”展现出适配的性能。这样的特性确立了它作为新一代功能材料平台的重要地位。

想象一下，把药物装进沸石孔道里，让它缓慢释放，在体内精准给药——这对医药研发、疾病治疗意味着什么？答案不言而喻。当然，这还需要经过严格的生物安全性验证与临床试验，但是可以期待的是，NJU120-6正为我们打开分子级精准操控的广阔天地。

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·生物医药的新载体

科学家会尝试将小分子药物“装”进NJU120-6的超大介孔孔道。利用其大空间进行药物的装载和缓释，将为靶向治疗提供全新的思路。

·刺激响应型沸石

未来的沸石能调控孔道的有效开闭：根据光线强弱或温度变化，调控孔口的有效尺寸，控制分子的传输与释放，为开发低能耗、高选择性的绿色化工过程提供新思路。

·绿色能源应用

凭借其大孔道和高稳定性，NJU120-6在绿色能源领域很有潜力。例如，作为“纳米反应器”加速生物质转化制取生物燃料，或作为高效载体捕捉工业烟气中的二氧化碳，为全球碳减排提供新的材料选项。

看上去NJU120-6离我们的生活还很遥远，事实上它未来有望进入更多生活场景：在污水处理站中，它能高效吸附水中的重金属和小分子有害物，替代部分高能耗的过滤工艺，降低水处理的能耗与污染；在绿化带里，它作为土壤改良的辅助材料，既能锁定土壤中的有害重金属，又能保水保肥，减少化肥、农药的使用量，让绿化养护更趋低碳环保。科技就在我们身边，关注前沿科技的每一次突破，就是在关注我们共同的绿色未来。毕竟，更好的明天，往往始于今天实验室里的一小步。