亚纳米金属团簇因其表面原子的配位不饱和而表现出独特的、优异的催化性能，在水气变换、烷烃脱氢和选择性加氢反应等反应中具有重要的应用。然而，在苛刻的合成或反应条件下，由于金属亚纳米团簇具有较高的表面自由能，往往会发生严重的聚集，导致催化活性和选择性降低。研究表明，将金属纳米颗粒封装在分子筛中，可通过加强金属与载体间相互作用，结合分子筛孔道的空间限域效应，实现亚纳米金属在分子筛中的稳定存在。但现阶段，实现分子筛宽硅铝比（Si/Al）条件下，封装高分散金属催化剂的高效可控制备，仍然是制约其工业应用的重要科学问题之一。
近日，我院田亚杰博士、材料学院赵勇教授团队，与天津大学化工学院刘国柱教授团队合作，利用“模板剂定向诱导”策略，通过利用预合成分子筛中模板剂与金属离子的静电结合过程，实现了由低硅（Si/Al=15）到高硅（Si/Al=200）条件下，beta分子筛孔道交叉处定向封装亚纳米Pt金属颗粒催化剂的可控制备。
作者首先将水热合成后的beta分子筛使用酸洗去除部分模板剂，同时构建离子传输通道。在此基础上采用离子交换法，利用beta分子筛中孔道交叉处存在的模板剂分子（TEA+）与金属离子（PtCl62-）的静电结合作用，将金属离子区域选择性引入分子筛内部。结合表征发现，模板剂分子与引入的金属离子间存在的强相互作用（Pt-O/N），可抑制金属在制备过程中高温处理导致的团聚效应。通过后续直接还原处理，制备出了具有高分散金属特性的beta分子筛封装金属Pt催化剂（Pt@beta）。
作者选用酚类化合物加氢脱氧作为模型反应，考察了beta分子筛封装Pt催化剂的催化性能。发现Pt@H-beta催化活性较渍法制备的对比催化剂显著提高。以愈创木酚作为模型化合物，130 °C反应210分钟后，目标产物环己烷收率（81.1%）显著高于对比催化剂，且对多种酚类化合物的高效转化普遍适用。结合表征，作者认为采用模板剂诱导策略合成的Pt@beta催化剂中，高分散金属Pt与分子筛骨架中的O间存在强相互作用。这将有助于活性H物种在金属Pt-zeolite间的传递，促进吸附在酸性位点的酚类化合物通过先加氢-后脱氧的过程发生转化。
此项研究成果提供的模板剂诱导合成策略，将可能适用于多种分子筛负载金属催化剂的制备及催化反应中。
论文信息：
Template Guiding for Encapsulation of Uniformly Subnanometric Platinum Clusters in Beta–Zeolites Enabling High Catalytic Activity and Stability
文章的第一作者是河南大学青年教师田亚杰博士，天津大学刘国柱教授和河南大学赵勇教授为论文共同通讯作者。Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202108059
