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Nature‐Inspired, Computer‐Assisted Optimization of Hierarchically Structured Zeolites

介孔材料 沸石 材料科学 稳健性(进化) 纳米技术 可扩展性 催化作用 计算机科学 大孔隙 工艺工程 生化工程 工程类 有机化学 化学 基因 数据库 生物化学 程序设计语言
作者
Marc‐Olivier Coppens,Tobias Weißenberger,Qunfeng Zhang,Guanghua Ye
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:8 (4) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/admi.202001409
摘要

Abstract Zeolite catalysis is often affected by transport limitations, which significantly influence overall performance. Introducing wide pores as molecular transport highways can reduce transport limitations, control the product distribution, and mitigate effects of catalyst deactivation. Nevertheless, the importance to rationally design the meso‐ and macropore space remains underappreciated. This article reviews multiscale modelling approaches to optimize overall catalytic performance. It provides a general methodology and rules of thumb to guide catalyst synthesis with optimal pore network characteristics. Inspiration is taken from nature, such as the structure of leaves and tissues, with similar requirements and associated features. In optimal hierarchically structured zeolites, the added macro‐/mesopore volume fraction, connectivity, crystal size, and minimum wide pore size are crucial. The broad pore size distribution is secondary. No uncontrolled diffusion limitations should exist within the zeolite crystals. Surface barriers, however, can significantly affect, even dominate overall transport. Understanding their origin and ways to control them is an emergent research area. Synthesis methods to realize hierarchically structured zeolites are briefly reviewed. Significant gaps exist between laboratory synthesis methods and industrial requirements. Zeolite catalysis could benefit from computer‐assisted design of their hierarchical pore network, embracing principles used by natural transport networks for scalable efficiency, selectivity, and robustness.
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