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　遺憾的是，在晶體結構上容易生長為薄片的分子篩材料種類十分有限，比如，近年來在甲醇制烯烴反應中獲得廣泛用途的SAPO-34分子篩，是非層狀的CHA結構，將其控制合成為二維超薄結構極為困難，常見的無機納米晶吸附限制生長的方法也難適用于此類材料。近日，南京大學的丁維平教授團隊發(fā)展了一種控制合成二維超薄分子篩的新方法，獲得了一種二維超薄SAPO-34分子篩材料，并同時在其孔道中引入了一定量的CuO團簇。合成過程見示意于圖1。

圖1. 二維超薄CuO@SAPO-34分子篩材料的合成過程示意圖：a)層狀磷酸鋁納米卷；b) 硝酸銅與正硅酸乙酯作用下展開的磷酸鋁納米卷；c) 模板劑作用下水熱晶化獲得目標產物

　　這種二維超薄CuO@SAPO-34分子篩新材料的厚度約為7納米，在其厚度方向僅能容納5個分子篩籠，是目前見于報道的最薄的分子篩材料之一。其中的CuO以約0.7納米的團簇形式定位于分子篩的籠中，可增加薄片分子篩的穩(wěn)定性，同時，由于其形貌特點，CuO團簇主要位于表層或次表層籠中，靠近材料的外表面，這使得即使不能進入分子篩孔內的分子也有很大的機會通過孔口而接觸到CuO團簇，可能產生獨特的催化作用。

　　己二酸是生產尼龍的主要原料，目前的全球年產能以千萬噸級計。超過95%由兩步法生產，即第一步用氧氣或空氣將環(huán)己烷氧化為環(huán)己酮+環(huán)己醇，即所謂的KA油，第二步用硝酸將KA油氧化為己二酸。該法不僅周期長，設備要求高，而且會產生大量的廢水廢氣，如NOx。發(fā)展利用分子氧一步催化氧化環(huán)己烷到己二酸的催化路線是該領域期盼已久的重要課題，迄今無成功的路線發(fā)布。

　　本研究結果表明，二維超薄CuO@SAPO-34分子篩新材料，能夠以一鍋煮的方式催化氧氣氧化環(huán)己烷制取己二酸，且性能突出：環(huán)己烷轉化率大于42%，己二酸選擇性大于74%。該性能被歸結為獨特的孔口催化作用機理，位于孔口內的CuO團簇能夠催化環(huán)己酮的進一步氧化，而形狀非常相似的環(huán)己醇卻不能發(fā)生進一步的氧化作用，如圖2所示。該結果引證南京大學該研究團隊以仿酶催化為宗旨進行介觀催化研究的空間極為廣闊。

圖2. 二維超薄CuO@SAPO-34分子篩新材料一鍋煮催化氧氣氧化環(huán)己烷制取己二酸的過程示意圖。

　　相關研究獲得中國國家自然科學基金資助，以“Morphology Reserved Synthesis of Discrete Nanosheets of CuO@SAPO-34 and Pore Mouth Catalysis for One-pot Oxidation of Cyclohexane”為題，于2019年12月9日在《Angew. Chem.》在線發(fā)表（DOI: 10.1002/anie.201911749，文章鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911749。

　　論文第一作者是南京大學副研究員郭向可博士，通訊作者為南京大學丁維平教授、新加坡材料研究所林明博士以及南京大學郭學鋒教授?；诖搜芯?，該團隊已經提交了五件中國發(fā)明專利申請。