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当期目录

    2021年 第42卷 第1期    刊出日期:2021-01-10
    分子筛功能材料专辑
    闫文付, 徐君
    2021, 42(1):  0. 
    摘要 ( 69 )   PDF (323KB) ( 235 )  
    相关文章 | 多维度评价
    目次
    综合评述
    高硅Y沸石的合成研究进展
    王娟, 王林英, 朱大丽, 崔文浩, 王义峰, 田鹏, 刘中民
    2021, 42(1):  1-10.  doi:10.7503/cjcu20200419
    摘要 ( 594 )   HTML ( 52)   PDF (5302KB) ( 543 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    Y沸石的合成及在流化催化裂化中的应用在现代石油化学工业中具有里程碑意义. Y沸石的骨架硅铝比直接影响材料的热/水热稳定性及催化性能. 提高Y沸石的骨架硅铝比、 合理减少酸中心密度、 提高酸强度, 进而改善催化裂化反应性能一直是学术界和工业界关注的重要课题. 目前工业使用的高硅Y沸石均是通过复杂的后处理方法获得的. 与复杂的后处理方法相比, 直接合成高硅Y沸石是更理想的方式, 但其难度大, 为分子筛领域具有挑战性的课题. 本文系统总结了高硅Y沸石的直接合成研究进展, 分别对无机合成体系和有机模板剂合成体系进行综合评述, 并介绍了Y沸石的晶化机理研究进展.

    羟基自由基在沸石分子筛合成中的作用
    王健羽, 张强, 闫文付, 于吉红
    2021, 42(1):  11-20.  doi:10.7503/cjcu20200476
    摘要 ( 321 )   HTML ( 28)   PDF (9754KB) ( 368 )  
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    沸石分子筛由于具有独特的形选催化作用及可调的酸性, 已成为化学工业中最重要的固体催化材料. 沸石分子筛的合成主要基于碱性条件下的水热晶化, OH?被认为起到催化硅铝物种的解聚及聚合作用. 近年来, 研究者发现了羟基自由基加速分子筛的水热晶化机制. 通过利用紫外光照射或芬顿反应等物理或化学方法向分子筛合成体系引入羟基自由基, 可以实现沸石分子筛的加速晶化及高硅沸石分子筛的合成. 理论计算结果表明, 羟基自由基可以促进Si—O—Si 键的断裂和重新生成, 从而显著加快分子筛成核并促进硅原子进入骨架. 本综述介绍了羟基自由基在沸石分子筛晶化方面的最新研究进展, 探讨了羟基自由基的主要作用和优势, 并对沸石分子筛合成的羟基自由基路线发展前景进行了展望.

    硅铝沸石分子筛晶化过程再思考
    吴勤明, 王叶青, 孟祥举, 肖丰收
    2021, 42(1):  21-28.  doi:10.7503/cjcu20200201
    摘要 ( 268 )   HTML ( 15)   PDF (11950KB) ( 506 )  
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    目前针对沸石分子筛的晶化过程已经进行了大量研究, 但是近年来硅铝分子筛的合成显示其晶化过程超出了传统的沸石分子筛晶化理论, 特别表现在硅铝沸石分子筛的模板作用、 水的作用以及沸石晶体之间的转化等. 本文讨论了上述作用的本质, 并通过研究模板法作用提出了无有机模板法合成硅铝沸石的策略, 通过了解水的作用提出了无溶剂法合成沸石分子筛, 通过表征沸石之间的转化过程发现不仅低骨架密度可以向高骨架密度晶体转化, 而且高骨架密度也可以向低骨架密度晶体转化.

    硅锗分子筛的结构稳固、 结构可控调变及催化应用
    焦美晨, 蒋金刚, 徐浩, 吴鹏
    2021, 42(1):  29-39.  doi:10.7503/cjcu20200382
    摘要 ( 162 )   HTML ( 7)   PDF (8565KB) ( 173 )  
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    硅锗分子筛因其超大的孔道结构, 在大分子催化反应领域具有潜在的应用前景. 硅锗分子筛骨架的富锗双四元环结构单元的不稳定性虽然限制了它们的实际应用, 但却为结构后处理修饰以构建新晶体结构分子筛提供了可能. 本文介绍了硅锗分子筛结构稳固、 结构可控调变和催化应用3个方面的研究进展, 并展望了其未来的发展方向和挑战.

    用工业固体废料合成沸石分子筛的研究进展
    王彬宇, 李莉, 李菁, 靳科研, 张少卿, 张佳楠, 闫文付
    2021, 42(1):  40-59.  doi:10.7503/cjcu20200362
    摘要 ( 223 )   HTML ( 14)   PDF (9220KB) ( 244 )  
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    系统总结了以工业固体废料为原料合成沸石分子筛材料的最新研究进展, 讨论了以粉煤灰、 珍珠岩工业废料、 煤矸石、 流体催化裂化(FCC)废催化剂、 锂矿渣、 铝土矿渣、 废瓷料和废弃玻璃等工业固体废料为原料, 合成LTA, FAU, MFI, CHA, GIS, SOD, ANA和KFI沸石分子筛材料的工艺方法, 及其在污水中重金属离子的脱除、 空气中CO2的捕获、 氮氧化物的选择性还原等实际应用中的性能, 并对未来工业固体废料合成沸石分子筛的发展趋势进行了展望.

    介孔分子筛制备技术新进展—二次合成、超分子自组装和介孔生成剂法
    刘启予, 范炜
    2021, 42(1):  60-73.  doi:10.7503/cjcu20200687
    摘要 ( 194 )   HTML ( 5)   PDF (26043KB) ( 399 )  
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    具有内部介孔结构的多级孔分子筛兼具微孔分子筛和介孔材料的功能, 拥有良好的传质和催化特性. 在过去的几十年内, 介孔分子筛在催化、 吸附和分离领域发展迅速. 近年来, 新型合成方法的开发在很大程度上实现了介孔分子筛孔道结构、 组分及形貌灵活可控的调节. 本综述讨论了近期出现的多种新合成路径, 重点介绍了近期发展起来的二次合成制备低硅/铝介孔分子筛、 超分子自组装合成介孔分子筛及有机小分子原位合成介孔分子筛技术. 对这些合成技术的机理进行了讨论, 以期为介孔分子筛未来的发展提供思路. 文章的最后还讨论了不同的合成策略所面临的一些关键性挑战.

    等级孔分子筛的可控合成、 扩散研究及催化应用
    邹润, 董霄, 矫义来, Carmine, 闫文付, 范晓雷
    2021, 42(1):  74-100.  doi:10.7503/cjcu20200461
    摘要 ( 196 )   HTML ( 15)   PDF (33228KB) ( 432 )  
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    等级孔分子筛是一类具有两种或多种以特定形式排布的孔结构的分子筛材料. 多层等级的孔结构使得分子筛孔道内的分子扩散得到显著改善, 进而提升了其在吸附和非均相催化等领域的应用性能. 等级孔分子筛的制备策略通常有两种, 即“自上而下”后处理法(如对母样分子筛进行脱铝、 脱硅产生介孔)和“自下而上”合成法(如软模板、 硬模板法). 本文主要对近20年来等级孔分子筛的合成方法进行了梳理, 并着重介绍了具有较高应用潜力的“自上而下”制备法. 鉴于合成等级孔分子筛的主要目的是提高分子的晶内扩散, 对近年来客体分子在等级孔分子筛内扩散的实验研究也进行了简要综述. 此外, 本文还综合评述了等级孔分子筛与传统分子筛在催化应用中的对比, 以展示前者在提升催化性能方面(如活性、 选择性等)的独特优势.

    超大孔分子筛, 十年再回顾
    闻嘉丽, 张钧豪, 姜久兴
    2021, 42(1):  101-116.  doi:10.7503/cjcu20200410
    摘要 ( 152 )   HTML ( 3)   PDF (10732KB) ( 317 )  
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    沸石分子筛是一类重要的具有明确孔道结构以及催化位点的结晶孔材料. 但是由于其微孔开口的本质限制了其在大分子吸附与转化方面的应用. 10年前, 西班牙ITQ研究所的Corma教授、 吉林大学于吉红教授以及本文通讯作者发表了一篇关于超大孔分子筛的历史回顾文章. 该文从超大孔分子筛的合成、 结构、 假想结构以及催化性能等方面进行了综述. 这一类材料填补了传统沸石分子筛和有序介孔材料之间的孔径缺口. 在最近10年中, 多种新型超大孔分子筛以及新颖的合成方法陆续被报道. 本文对该方向近10年中的研究进行了综合评述.

    取向晶种法制备沸石分子筛膜研究进展
    刘益, 刘毅
    2021, 42(1):  117-132.  doi:10.7503/cjcu20200391
    摘要 ( 143 )   HTML ( 5)   PDF (20601KB) ( 330 )  
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    近年来沸石分子筛膜因在分离、 催化、 传感和防腐等研究领域具有重要的应用价值而引起广泛关注. 其中, 具有优先取向微观结构的沸石分子筛膜由于能够显著降低客体分子在膜内的扩散路径并减少膜内的晶间界缺陷密度, 成为膜分离学科的研究重点. 本文以b-轴取向MFI沸石分子筛膜为主线, 综述了国内外制备取向沸石分子筛膜的最新研究进展; 详细介绍了取向晶种法制膜工艺, 侧重总结了MFI沸石纳米片合成、 b-轴取向沸石晶种单层制备以及二次生长调控等方面的研究成果; 在深入探讨各类取向沸石分子筛膜制备策略的基础上, 分析探讨了其中存在的关键问题与解决措施, 最后对取向沸石分子筛膜的发展方向进行了展望.

    电子束敏感材料的原子尺度结构研究
    陈晓, 申博渊, 熊昊, 魏飞
    2021, 42(1):  133-147.  doi:10.7503/cjcu20200548
    摘要 ( 154 )   HTML ( 15)   PDF (60320KB) ( 329 )  
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    分子筛和金属有机骨架(MOF)材料以其独特的孔道和骨架结构在催化、 储能、 干燥及净化和吸附分离等领域有着广泛应用, 对其结构的原子尺度表征对于深入理解其构效关系具有重要意义. 但其大孔道结构和有机骨架使得它们对电子束辐照极为敏感, 在常规透射电镜成像模式下结构会很快被破坏变为非晶, 从而无法获得孔道和骨架的原子排列信息. 最近发展起来的基于积分差分相位衬度扫描透射电子显微(iDPC-STEM)技术在电子敏感材料和轻元素组分成像方面展现出明显优势, 使得对多孔骨架材料及烃池物种的表征成为了可能. 本文综述了本课题组近期利用该技术对分子筛和MOF材料原子尺度结构方面的研究. 将iDPC-STEM技术应用到ZSM-5分子筛催化剂中, 实现了对该分子筛的原子级骨架结构的成像分析. 在MOF体系中, 利用该技术观察到MIL-101骨架内部有机连接体与金属节点的配位方式, 在此基础上解析了MIL-101结构中有机配体的连接和金属节点的苯环结构, 并观察了MOF的原子级表面、 界面和缺陷等局域结构特征. 最后对iDPC-STEM技术在原子尺度成像方面的应用潜力进行了总结与展望.

    分子筛上糖类催化转化的核磁共振研究
    齐国栋, 叶晓栋, 徐君, 邓风
    2021, 42(1):  148-164.  doi:10.7503/cjcu20200500
    摘要 ( 149 )   HTML ( 3)   PDF (11684KB) ( 332 )  
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    葡萄糖、 果糖和木糖等糖类是一类重要的绿色生物质资源, 其高效利用是生物质转化的重要研究方向. 具有Lewis酸性的分子筛在糖类催化转化中表现出优异的性能, 对其活性中心结构、 性质以及反应机理的认识是糖类高效转化研究中亟待解决的关键科学问题. 核磁共振是分子筛上活性中心表征和反应机理研究的重要手段. 本文讨论了先进核磁共振技术与方法在分子筛上糖类转化反应中的应用, 包括催化剂活性中心表征、 催化转化反应机理研究和催化反应产物分析3个方面, 总结了核磁共振在糖类转化反应研究中所取得的新进展并对其未来发展方向进行了展望.

    分子筛材料的酸性和择形选择性的固体核磁共振研究
    赵淑芳, 黄骏
    2021, 42(1):  165-178.  doi:10.7503/cjcu20200416
    摘要 ( 189 )   HTML ( 3)   PDF (6218KB) ( 233 )  
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    分子筛材料具有酸性可调节和择形选择性的优势, 因而在多相催化反应中表现出优异的性能. 本文综述了利用固体核磁共振(ssNMR)光谱对分子筛的酸性和择形选择性进行研究的最新进展. 通过采用或不采用探针分子的ssNMR技术, 探测了分子筛中酸性位的数量、 酸强、 酸类型及酸位之间的协同作用. 此外, 通过直接观察多相催化反应中关键中间体的存在, ssNMR光谱提供了分子筛择形选择性的证据. 酸性和择形选择性的协同作用有助于更好地设计分子筛材料, 以实现更好的多相催化.

    材料基因工程技术在分子筛领域中的应用
    陈思琦, 李莉, 李乙, 于吉红
    2021, 42(1):  179-187.  doi:10.7503/cjcu20200490
    摘要 ( 146 )   HTML ( 4)   PDF (10748KB) ( 311 )  
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    材料基因工程是近年来材料领域兴起的前沿技术, 其基本理念是融合材料高通量计算、 高通量实验和数据技术加速新材料的设计和研发. 分子筛作为一种重要的化工材料, 因其良好的热稳定性、 较高的比表面积、 独特的孔道结构及可调变的元素组成和酸性, 在气体吸附、 分离、 异相催化和离子交换等工业领域应用广泛. 近年来, 融合高通量计算、 高通量实验和数据库技术的材料基因工程技术正逐步应用于分子筛研发等领域: 高通量计算能够从理论上预测并筛选出具有优异性能的分子筛合成目标、 高通量实验显著提升了分子筛材料合成与表征的效率、 数据库技术则为未来挖掘分子筛材料的合成规律与构效关系奠定了数据基础. 本文主要从这3个方面阐述材料基因工程技术在分子筛材料研发领域的应用及进展, 总结以功能为导向、 定向设计和构筑分子筛材料所面临的机遇与挑战, 并对材料基因工程技术在分子筛领域的前景进行了展望.

    X射线晶体学和电子晶体学在分子筛结构表征中的应用
    马超, 刘晓娜, 乜晨阳, 陈陆, 田鹏, 徐弘毅, 郭鹏, 刘中民
    2021, 42(1):  188-200.  doi:10.7503/cjcu20200406
    摘要 ( 174 )   HTML ( 8)   PDF (20793KB) ( 153 )  
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    分子筛是一类具有规则孔道或笼结构的晶态微孔材料, 在吸附、 分离和催化中都表现出了优异的性能. 为了探索其结构与性质的关系, 在原子尺度上研究分子筛的微观结构是十分必要的. 本综述介绍了一系列与X射线晶体学和电子晶体学相关的表征技术(倒易空间和正空间)在分子筛结构表征中的应用. 随后, 基于分子筛的结构表征方法和化学组成, 对2007年之后发现的85种新分子筛进行了系统总结, 对其中9种具有独特合成方法或结构特征的分子筛进行了详细介绍.

    基于透射电子显微镜的沸石分子筛结构研究进展
    凌旸, 章冠群, 马延航
    2021, 42(1):  201-216.  doi:10.7503/cjcu20200415
    摘要 ( 158 )   HTML ( 11)   PDF (42904KB) ( 469 )  
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    透射电子显微镜是解析沸石分子筛新结构、 分析结构缺陷和研究活性位点等的有力工具. 应用于分子筛研究的透射电子显微术总体上可以分为图像法和衍射法, 包括透射电子显微镜和扫描透射电子显微图像、 选区电子衍射和三维电子衍射, 通常结合其中的几种方法进行分析. 近年来, 随着电子显微镜硬件性能的不断提升, 特别是球差矫正器的广泛应用及各种适用于分子筛等电子束敏感材料的探测器和图像处理技术的不断革新, 在原子尺度观察分子筛的结构已成为可能. 此外, 利用原位电子显微镜技术研究分子筛的生长和催化反应机理也在逐步展开. 本文按电子显微镜方法分类, 综述了近些年基于电子显微镜的分子筛研究, 包括新结构解析、 手性确认和金属负载等的最新进展.

    沸石分子筛催化剂在化学工业中的应用
    金少青, 孙洪敏, 杨为民
    2021, 42(1):  217-226.  doi:10.7503/cjcu20200418
    摘要 ( 200 )   HTML ( 12)   PDF (7756KB) ( 225 )  
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    沸石分子筛作为重要的催化材料广泛应用于化学工业, 本文系统介绍了分子筛催化剂在石油炼制、 石油化工、 煤化工、 精细化工及环境化工等领域的工业应用, 阐述了分子筛催化剂在推动化学工业技术进步与发展上发挥的重大作用, 并对分子筛催化剂的未来发展进行了展望.

    研究论文
    ZSM-5分子筛酸位分布及其甲醇制烯烃催化性能的定向管理与调控
    郭淑佳, 王森, 张莉, 秦张峰, 王鹏飞, 董梅, 王建国, 樊卫斌
    2021, 42(1):  227-238.  doi:10.7503/cjcu20200413
    摘要 ( 191 )   HTML ( 11)   PDF (2576KB) ( 237 )  
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    ZSM-5分子筛在甲醇制烯烃(MTO)过程中的催化性能和反应机理与其孔道中酸位点分布位置紧密相关. 本文证明在水热合成过程中加入适量的钠离子(Na+)可以增加ZSM-5分子筛交叉腔酸位点比例; 从而促进高级甲基苯的生成并加速芳烃循环, 有利于乙烯生成. 相反, 在合成过程中不添加钠离子, 所制备的ZSM-5分子筛直孔道和正弦孔道酸位点比例明显提高, 有利于促进烯烃循环并提高丙烯和C3+烯烃选择性.

    综合评述
    HZSM-5分子筛中邻近酸中心上的协同催化作用
    於霞, 宋晨海, 郭向可, 薛念华, 丁维平
    2021, 42(1):  239-247.  doi:10.7503/cjcu20200606
    摘要 ( 154 )   HTML ( 7)   PDF (5418KB) ( 342 )  
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    总结了HZSM-5分子筛中邻近的酸中心协同催化作用的研究进展, 包括布朗斯特酸(B酸)和路易斯酸 (L酸)的协同催化、 B酸和B酸的协同催化作用. 综述了通过多种表征手段下协同催化作用机理的研究进展, 以及实验与理论计算相结合并相互验证的研究结果, 对邻近酸中心协同作用下反应分子的共同吸附、 活化与转化路径的特点进行了分析与总结, 提出了对邻近酸中心协同催化作用进行深入研究的关键科学问题和可能的解决方案.

    二维纳米片用于快速高效膜法气体分离
    宋红玲, 彭媛, 杨维慎
    2021, 42(1):  248-267.  doi:10.7503/cjcu20200407
    摘要 ( 197 )   HTML ( 8)   PDF (37213KB) ( 382 )  
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    膜法气体分离作为一类低能耗先进分离技术, 在化工分离中具有广阔的应用前景. 然而商业气体分离膜在实际应用过程中存在选择性和渗透性此消彼长的问题. 以二维纳米片材料为膜构筑基元, 有望突破这一瓶颈. 最具代表性的二维纳米片膜材料当属石墨烯及其衍生物、 二维沸石分子筛、 层状双金属氢氧化物、 二维过渡金属硫化物、 Mxene、 二维共价有机骨架和金属有机骨架材料. 本文对这些二维材料在超薄气体分离膜领域的成果与进展进行介绍, 展现了各类材料在实际分离应用过程中的优势及弊端, 探讨了二维纳米片膜材料在气体分离领域的挑战与发展前景.

    分子筛材料在小分子吸附分离中的应用
    刘珊珊, 柴玉超, 关乃佳, 李兰冬
    2021, 42(1):  268-288.  doi:10.7503/cjcu20200458
    摘要 ( 212 )   HTML ( 10)   PDF (14584KB) ( 496 )  
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    吸附分离技术与工艺在工业上具有重要意义. 常见的吸附剂包括沸石分子筛、 金属有机框架材料、 活性炭等材料. 分子筛具有比表面积大、 稳定性高、 生产成本低等优势, 可以满足吸附分离技术中高效、 节能和环保的需求, 是一种非常有应用前景的小分子混合物分离吸附剂. 本文综合评述了吸附分离领域中常用的吸附剂材料的特点和吸附分离机理与评价方法, 总结了分子筛在空气分离、 烃类分离、 二氧化碳吸附、 芳香硫化物脱除、 一氧化碳吸附、 氮氧化物吸附、 氢气储存吸附及氢同位素分离等领域的应用, 并对基于分子筛膜的小分子混合物分离现状进行了介绍. 此外, 本文还系统分析了分子筛对不同混合物的吸附分离性能与其拓扑结构、 骨架组成及改性方法之间的关系, 并对未来的研究前景进行了展望.

    分子筛膜反应器的研究进展
    张玉亭, 张春, 顾学红
    2021, 42(1):  289-298.  doi:10.7503/cjcu20200517
    摘要 ( 126 )   HTML ( 5)   PDF (9929KB) ( 139 )  
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    分子筛膜具有规整的微孔结构(<1 nm), 耐高温高压、 抗有机溶剂, 在液相和气相小分子分离中受到广泛关注. 分子筛膜可以与催化反应耦合于一体构成膜反应器, 使反应过程与组分分离同时进行, 促进反应平衡移动, 达到反应强化的效果. 本文概述了近十年不同类型分子筛膜反应器在催化反应中的应用研究进展, 并对分子筛膜反应器未来的发展趋势进行了展望.

    光致发光沸石分子筛复合材料的研究进展
    王博伦, 宗思宇, 李激扬
    2021, 42(1):  299-310.  doi:10.7503/cjcu20200400
    摘要 ( 162 )   HTML ( 6)   PDF (11578KB) ( 337 )  
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    除传统的催化、 吸附分离和离子交换外, 主客体组装化学赋予了沸石分子筛材料独特的物理化学性质和广阔的应用前景. 本文聚焦光致发光沸石分子筛复合材料, 综述了这类材料最新的研究进展, 总结了不同发光客体, 如稀土金属、 金属簇、 量子点/碳点等与沸石分子筛形成的复合材料的制备方法与组装策略, 介绍了该类复合材料的光致发光性质和潜在应用, 探究了复合材料中可能存在的量子限域、 分子间相互作用、 能量转移和电子转移等对发光的影响, 并对未来光致发光沸石分子筛复合材料的发展前景进行了展望.

    沸石与蛋白质的相互作用及生物医用功能
    余丽莎, 李丹, 肖丽萍, 范杰
    2021, 42(1):  311-320.  doi:10.7503/cjcu20200637
    摘要 ( 116 )   HTML ( 3)   PDF (11062KB) ( 310 )  
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    沸石由于其低毒性和良好的生物相容性, 被认为是可用于医疗的新型生物材料. 本文综述了沸石与蛋白质的相互作用, 沸石以其离子交换、 表面性质以及可控孔道结构与蛋白质发生特异性结合或反应, 从而影响蛋白质的性能和行为; 重点讨论了其在生物医用领域的应用, 主要包括抗微生物材料和紧急止血材料两大应用; 分析了其在医学领域的独特优势, 特别是在止血应用领域; 最后对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结与展望.