由于具有各種晶體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)的化學(xué)組成，高(水)熱穩(wěn)定性和可控制的表面酸度/堿度，因此沸石廣泛用于煉油，石化生產(chǎn)，精細(xì)化學(xué)合成，生物醫(yī)學(xué)，環(huán)境化學(xué)等領(lǐng)域。然而，對(duì)于許多沸石催化的反應(yīng)中，所涉及的反應(yīng)物種的分子直徑通常大于沸石的孔徑。這導(dǎo)致在催化劑的本體相與活性中心之間的不期望的擴(kuò)散阻力，從而顯著降低了催化劑效率。

減輕基于沸石的催化劑的擴(kuò)散阻力和提高催化劑效率一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界最關(guān)注的問(wèn)題之一。在過(guò)去的幾十年中，用于將分層的微/介孔結(jié)構(gòu)整合到沸石中以提高擴(kuò)散和催化劑效率的工具已經(jīng)大大豐富。

然而，在實(shí)際的工業(yè)催化過(guò)程中，即使沸石組分包含分層的多孔結(jié)構(gòu)，它也僅僅是多組分工業(yè)催化劑的組分之一。沸石基工業(yè)催化劑基本上是由微孔沸石和大孔非沸石組分組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)分層多孔結(jié)構(gòu)被整合時(shí)，催化劑還具有微/中//大三峰分層結(jié)構(gòu)。顯然，工業(yè)沸石基催化劑的分級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)層次：“沸石組分內(nèi)部”和“工業(yè)催化劑組分之間”。

在總部位于北京的《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》上發(fā)表的新評(píng)論文章中，位于中國(guó)青島的中國(guó)石油大學(xué)的科學(xué)家(彭鵬，嚴(yán)子峰)，位于北京的中國(guó)石油天然氣公司的高雄侯(高雄侯) ，法國(guó)卡昂的法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心(CNRS)(Svetlana Mintova)從催化反應(yīng)工程的角度分析了分層微/介孔結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)的最新技術(shù)。

從催化反應(yīng)工程的角度來(lái)看，用于評(píng)估催化劑效率的定量指標(biāo)是催化劑有效因子(η)和Thiele模量(φ)。如果催化劑體系具有較強(qiáng)的抗擴(kuò)散性(η<0.25)，則η是φ的倒數(shù)，因此η增大意味著φ減小。根據(jù)φ的定義，可以通過(guò)增加有效擴(kuò)散系數(shù)(Deff)或縮短擴(kuò)散路徑(L)來(lái)增強(qiáng)η?；诖?，分層沸石中的介孔結(jié)構(gòu)可分為三種類型：(1)“功能性中孔”(增加有效擴(kuò)散系數(shù)，Deff);(2)“輔助中孔”(縮短擴(kuò)散路徑，L);(3)“整合中孔”(同時(shí)增加Deff并縮短L)。對(duì)于分層沸石材料，極好的孔互連性可確保在微孔的活性位點(diǎn)上形成的產(chǎn)物快速擴(kuò)散和解吸，從而避免失活。對(duì)于諸如流化催化裂化(FCC)之類的級(jí)聯(lián)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，精心設(shè)計(jì)的分層多孔結(jié)構(gòu)可以確保微孔和中孔之間的互連，這對(duì)于FCC過(guò)程中的反應(yīng)中繼非常重要。

具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的沸石只是實(shí)際工業(yè)催化劑的組分之一。為了滿足工業(yè)催化過(guò)程中機(jī)械強(qiáng)度，水熱穩(wěn)定性，抗中毒和結(jié)焦的要求，工業(yè)催化劑需要添加其他非沸石組分。雖然工業(yè)催化劑之間的相互作用機(jī)理由于沒(méi)有完全理解組分，因此沸石和非沸石組分之間的多孔結(jié)構(gòu)的不理想匹配會(huì)導(dǎo)致分層孔隙沸石組分的性能降低。在工業(yè)催化劑中，分級(jí)催化劑和其他非沸石組分的孔互連性的協(xié)調(diào)是迫切需要解決的問(wèn)題。

制備分級(jí)多孔材料的最終目標(biāo)是通過(guò)控制分級(jí)孔結(jié)構(gòu)，不同組分的位置和互連性，在工業(yè)規(guī)模上充分釋放其潛力，這對(duì)于提高其催化效率起著關(guān)鍵作用。開發(fā)組合的原位或操作光譜，顯微或衍射技術(shù)是揭示分層沸石作為工業(yè)催化劑組分的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系的關(guān)鍵。