沸石封装的金属和金属氧化物物质(被视为金属@沸石)是一种重要的多相催化剂。它们在许多重要的反应中表现出稳定优于传统负载型催化剂的性能，并已成为研究热点。在沸石中限制的金属物质(通常是金属和金属氧化物簇)的合成、表征和性能方面已经取得了显着的成就。

尽管金属@沸石催化剂的合成、表征和催化已经取得了巨大进展，但仍然存在许多需要解决的挑战。科学家团队总结了近​​年来金属@沸石催化剂的进展。他们的工作发表在《工业化学与材料》杂志上。

金属催化剂是一类重要的催化材料，在过去的几十年里被广泛应用于氧化还原、氢化、偶联反应等各种化学反应中。文献中广泛报道，小金属颗粒尺寸有助于更多地暴露活性位点以及更高的反应性。

“然而，小金属颗粒通常具有较低的热稳定性，并且在恶劣的反应条件下往往会烧结、聚结或浸出，即使它们与载体有很强的相互作用。因此，在反应过程中由于烧结和浸出而导致的失活是其中之一这是小尺寸金属催化剂实际应用中最重要的问题。”中国石油大学(北京)教授吴志杰说。

目前，将金属物质限制在氧化石墨烯、纳米多孔碳、金属有机框架和沸石中是解决这一问题的一种有前景的方法。

其中，沸石具有高比表面积、高热稳定性和水热稳定性以及可调节的酸碱性质，成为限域高度分散金属物种的理想载体。近年来，沸石包覆金属催化剂已广泛应用于各种催化过程，其催化性能稳步优于传统负载型催化剂，已成为研究热点。

根据沸石内金属物质的来源，可以将沸石包封的金属催化剂分为三种类型。首先，嵌入沸石骨架内的金属原子被去除并通过煅烧或还原过程转移到沸石通道或孔中。

其次，将不能结合到沸石骨架中的金属物质(例如Pt、Pd或Ni)引入沸石微孔内，然后煅烧或还原成包封的金属或金属氧化物。第三，沸石晶内介孔内的金属颗粒。

沸石包覆的两种典型合成策略，包括后处理(即离子交换、沸石间转化、重结晶等)和原位合成(即原位水热、干凝胶合成等)。已开发。特别是原位水热合成和干凝胶转化技术得到了广泛的发展。

由于沸石微孔内的限制效应，沸石封装的金属或金属氧化物显示出很小的尺寸，甚至在亚纳米或原子尺度上。此外，由于金属-骨架相互作用很强，封装金属物质的几何和电子性质很复杂。

因此，识别沸石中限制的金属颗粒具有挑战性。X射线衍射、X射线光电子能谱和透射电子显微镜等常用表征工具已被用来证明金属物质是否被封装在沸石的微孔中。

然而，这些表征不能揭示金属物质的精细结构以及沸石包覆金属催化剂中的配位环境。因此，我们开发了球差校正扫描透射电子显微镜(Cs校正STEM)、X射线吸收光谱(XAS)和低温CO红外光谱(CO-FTIR)等先进表征技术来支持这项研究原子水平上金属位点的精细结构。

将金属物质封装在沸石中是一种有吸引力的途径，可以容​​纳和维持小而均匀的金属簇，保护它们免受烧结和中毒，并在催化反应中选择反应物、产物和过渡态。然而，金属物质在沸石内的限制也可能增加反应物或产物在整个沸石孔径中的扩散势垒，导致反应速率有所降低。

同样，通过金属物质与沸石骨架之间的相互作用，限制不可避免地牺牲了一些酸位。这些共同使得沸石包封的金属催化剂复合物的催化结果随反应条件而变化。

“在过去的十年中，沸石包覆的金属催化剂已被用于许多催化过程并表现出优异的性能。本次综述总结了金属@沸石催化剂在氢相关反应中的应用。”吴说。

Metal@zeolite未来发展仍有巨大空间。非贵金属在合成和还原过程中更容易团聚成大颗粒。迄今为止，沸石包覆超小型非贵金属催化剂，特别是具有高热稳定性的催化剂，还鲜有报道。

因此，有效方法将超细非贵金属簇或单个非贵金属原子限制在沸石中对于开发高效的非贵金属催化剂具有重要意义。此外，沸石中限制的金属物质的化学状态和配位环境可能在反应过程中发生变化。在进一步的研究中，更多的作用应该致力于原位或操作表征技术的开发以及金属物种和酸功能之间的协同效应的设计和优化。

“通过这次综述，研究人员可以进一步了解沸石的限域效应，同时为设计性能更好的沸石包覆金属催化剂提供参考。”吴说。

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