中国科学院大连化学物理研究所刘忠民研究员、叶茂研究员团队与福州大学鲍小军教授、朱海波教授合作，在沸石催化剂基础理论研究方面取得重要进展。研究团队成功构建了描述金属团簇在沸石纳米孔道内迁移聚集行为的理论模型，相关成果于近期发表在《自然》杂志上。

沸石催化剂因其独特的纳米孔道结构，在石油化工、环境保护等领域具有广泛应用。然而，长期以来，科学家们对金属团簇在沸石受限空间内的动态行为缺乏系统认识。该研究团队通过先进的第一性原理模拟方法，结合实验验证，首次建立了能够定量描述金属团簇在硅酸盐-1(S-1)沸石纳米孔内迁移聚集过程的理论框架。

研究结果表明，S-1沸石的晶体尺寸对金属团簇的分布和行为具有决定性影响。当沸石晶体的b轴长度超过2微米时，延长的迁移路径会促使铂(Pt)物种在孔道内部聚集，形成高活性的亚纳米金属团簇。这些团簇被有效地限制在纳米孔道内，从而避免了传统催化剂常见的失活问题。

"我们的研究首次实现了对单个沸石晶体内部金属团簇行为的定量描述，"叶茂研究员表示，"这为通过调控沸石载体性质来优化催化剂性能提供了重要的理论依据。"

基于这一理论突破，研究团队开发出新型Pt-Sn@MFI催化剂。该催化剂采用"迁移-聚集-自锁"的设计策略，在丙烷脱氢反应中表现出优异的稳定性。实验数据显示，与传统催化剂相比，新型催化剂的寿命显著延长，且活性保持更加稳定。

这项研究不仅深化了对沸石限域效应的理解，更为工业催化剂的精准设计开辟了新途径。未来，该理论模型有望应用于更多催化体系的优化设计，推动相关产业的技术升级。

更多信息： Zhikang Xu 等，《Pt 在沸石中的迁移锁定用于稳定丙烷脱氢催化剂》，《自然》(2025)。期刊信息： 《自然》