近日，我室徐舒涛研究员、魏迎旭研究员、刘中民院士团队在分子筛晶内传质研究中取得新进展，通过脉冲梯度场核磁（Pulsed Field Gradient NMR），实现了对ZSM-5分子筛正弦孔道和直通孔道中扩散的区分。

ZSM-5分子筛是一种具有代表性的择形催化剂，被广泛的运用于各种催化反应之中，如甲醇制丙烯（MTP），异构化反应，芳构化反应等。ZSM-5分子筛具有沿晶体b轴方向的直通孔道（5.3 × 5.6 Å）和沿a-c平面的正弦孔道（5.1 × 5.5 Å）两种孔道结构。合成工作者通过调控这两种孔道的比例，可以很好地调控反应产物的分布与选择性。此外通过合成具有超短b轴的ZSM-5薄片还可以极大的缩短产物扩散路径，抑制积碳的沉积。因此区分客体分子在ZSM-5分子筛正弦孔道和直通孔道中的扩散对理解催化反应产物分布以及指导具有特定取向的分子筛的合成具有重要意义。

区分ZSM-5分子筛不同孔道的扩散一直是研究者们面临的难题。尽管通过MD模拟可以计算出不同方向上的扩散系数，但仍然缺乏对应的实验上支持。在该工作中，将正丁烷客体分子在ZSM-5晶粒中不同方向的扩散用扩散张量来描述，而这些不同方向的扩散张量信息包含在脉冲梯度场核磁所测得的¹H NMR回波衰减曲线当中。给定一定的扩散时间和梯度场作用时间，通过改变梯度场强度，得到不同强度的¹H NMR信号。利用梯度场强度和¹H NMR信号强度作图，然后通过包含正弦孔道方向（Dx）和直通孔道方向（Dy）扩散张量的式子进行拟合，发现正丁烷分子在正弦孔道中扩散系数在10^-10m²/s数量级，在直通孔道中扩散系数在10^-9m²/s数量级。该团队利用PFG NMR区分出正丁烷分子在ZSM-5不同孔道中具体的扩散系数，更直观地展现出不同的限域孔道对反应中扩散的影响，为催化反应中产物择形补充提供了扩散机制方面解释，也为合成具有特定取向的分子筛提供了理论指导。

相关研究成果发表在《ChemCatChem》上。上述研究工作得到国家自然科学基金项目的资助。（供稿：曾姝）

Differentiating Diffusivity in Different Channels of ZSM‐5 Zeolite by Pulsed Field Gradient (PFG) NMR. Shu Zeng, Shutao Xu*, Shushu Gao, Mingbin Gao, Wenna Zhang, Yingxu Wei*, Zhongmin Liu*, ChemCatChem, 12(2):463-468, 2020.