Y型分子筛（FAU拓扑结构）作为流化催化裂化及加氢裂化等工业催化过程的核心催化材料，其性能直接受骨架硅铝比（SiO2/Al2O3）调控。传统工业合成采用无机阳离子（如Na+）导向的水热法，因阳离子高电荷密度导致骨架硅铝比受限（SiO2/Al2O3=3-6），所得产物水热稳定性不足，需经复杂后处理方可应用。目前硅铝比提升策略主要包括后处理法与直接合成法：前者通过酸/碱处理、氟硅酸铵脱铝补硅或蒸汽高温处理实现硅铝比调整，虽在工业中广泛应用，但存在显著缺陷——处理过程导致结晶度下降、酸强度衰减及非骨架铝生成，且受限于浓度梯度效应，晶粒内部易形成脱铝梯度，致使酸位点分布不均；此外，工艺复杂、成本高昂、产物收率低及设备腐蚀等问题亦制约其发展。相较而言，直接合成法可一步制得结晶度高、铝分布均一且骨架稳定性可控的高硅Y分子筛，但因高硅骨架构建能极高，高硅Y分子筛的直接合成一直是分子筛合成领域的一大挑战。

针对这一科学难题，于吉红教授团队创新性地提出低电荷密度有机结构导向剂匹配策略，通过四甲基铵（TMA+）与四丁基铵（TBA+）的协同作用，结合高硅初始凝胶设计与晶种诱导，成功实现SiO2/Al2O3比达21.28的高硅Y分子筛（Y21.28）直接合成。该合成方法展现出优异的可扩展性，经15 mL至10 L规模放大验证，产物仍保持高结晶度与纯度。基于同步辐射X射线粉末衍射精修及多维固体核磁共振等表征手段，研究团队揭示了有机结构导向剂的作用机制：初始凝胶阶段，TMA+与TBA+优先结合硅物种；晶化过程中，有机-无机相互作用增强，最终TMA+紧密填充于方钠石笼，TBA+则以折叠构型分布于八面沸石笼，共同稳定高硅骨架结构。

性能测试表明，相较于传统超稳Y分子筛（USY），Y21.28在异丙苯裂化反应中表现出显著提升的催化活性与稳定性；在直馏柴油催化裂化中，其液化气与汽油选择性持平USY，但焦炭选择性降低28%，展现出优异工业应用潜力。上述成果以"Direct Synthesis of Highly Siliceous Faujasite-type Zeolite Enabledby Low Charge Density Organic Structure-directing Agents "为题发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI:10.1021/jacs.4c18522）。吉林大学米珍睿博士、李少杰博士与中石化上海石油化工研究院刘巍博士为共同第一作者，吉林大学于吉红教授、闫文付教授及华东理工大学朱卡克教授为共同通讯作者。

图1.直接合成高硅Y分子筛示意图

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c18522.