多級孔沸石分子篩的制備及其催化應用研究進展

王日升，彭鵬，李婷婷，杜寧寧，王有和，閻子峰

（中國石油大學(華東)理學院重質油國家重點實驗室，山東青島266580）

根據尺寸的不同，IUPAC將孔道結構分成三種類型：微孔材料（直徑小于2nm）、介孔材料（直徑在2～50nm）和大孔材料（直徑大于50nm）[1]。沸石分子篩[1]是一類具有規整微孔結構的晶體材料，屬于典型的微孔材料。沸石分子篩因具有規則的孔道結構、強的酸性、高的水熱穩定性以及較大的比表面積，是當前石油煉制、石油化工、煤化工以及精細化工等領域中極為重要的一類固體酸工業催化劑[2]。但是另一方面，對于某些大分子參與的催化反應，大分子的動力學直徑遠大于傳統沸石分子篩的孔口直徑，這使得反應物種很難進入分子篩孔道內部，導致催化效率顯著降低，并可能引發沸石分子篩的結焦失活[3-4]。即使反應物分子動力學直徑小到足以進入沸石的孔道內部，狹窄的微孔使反應物從外表面到沸石酸性活性位的擴散過程也會承受較大的擴散阻力，使反應物在活性位點附近的濃度遠低于其在體相中的濃度，導致催化效率遠不及理論預期[5]。

提高多孔材料的孔徑，是解決上述問題的一條可行之路。相比于傳統微孔沸石分子篩材料，介孔或者大孔的引入都能夠大幅提高反應物種在材料孔結構內部的擴散速率與酸性活性位點的可及性。孔道尺度在2～50nm可調的有序介孔分子篩材料突破了微孔孔徑的限制，具有更好的活性位點可及性，降低了反應物的擴散限制[6]。但由于有序介孔分子篩多為非晶結構，因而此類材料的水熱穩定性仍然不甚理想，限制了其在催化領域的應用[7]。大孔材料由于其孔徑大于50nm，因而相比于介孔或微孔材料，其結構更加疏松，通常具有更大的孔容和比表面積，在光催化[8]、吸附分離[9]及電池材料[10]等方面有著較好的應用前景，但仍然需要進一步提高材料的機械強度及水熱穩定性。

從催化反應工程看，理想的多孔材料催化劑應該一方面具有優良的活性、擇形選擇性和水熱穩定性，另一方面應該具有良好的擴散性能[11-12]。顯然具有單一微孔、介孔或者大孔結構的材料都無法滿足上述性能。因此，為有效改善大分子催化反應中物料的擴散性能及催化活性位點的可及性，需要彌補各類單一孔道結構多孔材料的結構缺陷，定向設計制備包含多級孔道結構且能實現跨尺度貫通的多級孔沸石分子篩材料。根據多級孔沸石分子篩蘊含的多級孔孔道尺度范圍的不同，可以將其分為微孔-介孔沸石分子篩、微孔-大孔沸石分子篩以及微孔-介孔-大孔沸石分子篩三大類。本文將分別對具有微孔-介孔多級孔、微孔-大孔多級孔以及微孔-介孔-大孔多級孔等多級孔結構的沸石材料在制備方法及催化應用方面的最新研究進展進行討論。

1 微孔-介孔多級孔沸石分子篩

當前有關多級孔沸石分子篩的文獻主要集中于微孔-介孔多級孔沸石分子篩的制備及應用研究領域。自Kloetstra 等[13]最早報道制備出了具有核殼結構的FAU@MCM-41 復合分子篩之后，微孔-介孔多級孔沸石分子篩的制備領域被不斷開拓。隨著后續研究的愈發深入，多種微孔-介孔多級孔沸石分子篩的制備方法被開發出來。其中，以對后處理法和模板法的研究最具代表性。

1.1 后處理法

后處理法通常以常規微孔沸石分子篩產品為基底，通過酸、堿、水蒸氣等具有刻蝕性能的試劑，對其進行處理，實現沸石分子篩骨架上硅或鋁的脫除，進而得到具有豐富晶內介孔的沸石晶體材料[14-15]。此制備策略經過長期發展與完善，展現出了極高的工業發展潛力，近年來該領域涌現出了較多優秀的研究工作[16-18]。

1.1.1 脫硅

Young[19]采用堿處理的方式，首次得到了具有多級孔結構的絲光沸石，在保留較高結晶度的同時，在晶體內部刻蝕出大量介孔。Groen 等[20]通過優化脫硅刻蝕條件，實現了ZSM-5 分子篩的可控脫硅。最近，一種在有機胺保護下進行堿處理的方法受到了廣泛關注，Pérez-Ramírez等[21]將四丙基氫氧化銨（TPAOH）或四丁基氫氧化銨（TBAOH）的溶液應用于堿處理過程中，使脫硅轉變為溫和的可控刻蝕過程。相比于無機強堿氫氧化鈉（NaOH），有機堿與硅源之間的相互作用更小，反應更加溫和，因此更加便于控制刻蝕程度。Ji等[22]在NaOH處理體系中引入哌啶，成功在MCM-22沸石中刻蝕出孔徑約為20nm 的介孔，焙燒后所得多級孔MCM-22分子篩沿c軸向生長的層間連接結構大部分被刻蝕，最終形成位于層間的狹縫狀介孔。在1,3,5-三異丙基苯（TIPB）的裂解及苯與異丙醇的烷基化兩組反應中，多級孔MCM-22均表現出了較高的催化效率。Wang 等[23]將哌啶或六亞甲基亞胺與NaOH 溶液混合使用，有效減緩了NaOH 對ZSM-5 分子篩的溶解刻蝕，在最大限度保持催化活性的同時，大幅縮短了擴散路徑。正己烷裂解反應評價結果顯示，該多級孔ZSM-5 分子篩具有更高的正己烷轉化率及丙烯選擇性，且積炭產量明顯下降。

1.1.2 脫鋁

酸處理或水蒸氣處理是最常見的后處理脫鋁方式。水蒸氣處理是通過高溫的水蒸氣（大于500℃）進行熏蒸，在高溫蒸汽下，發生硅的遷移和鋁的脫除，最終形成目標產物中的介孔結構[24]。由于水蒸氣處理脫鋁過程中，會殘存可能沉積在沸石分子篩內外表面的碎片，因此可與酸處理協同使用，以確保孔道通暢[25]。Sheng 等[26]用水蒸氣對常規微孔HZSM-5 分子篩進行處理，隨著蒸汽溫度的升高，介孔量逐漸提升，強B酸位含量明顯減少。乙醇脫水制乙烯反應評價結果顯示，所得產物在保證催化選擇性的同時，大幅延長了催化劑的使用壽命。

本文作者課題組早期曾在非緩沖體系中使用檸檬酸對USY 沸石分子篩脫鋁改性，所得產物硅鋁比顯著提高，并且有效生成大量介孔，在提高催化裂化壽命的同時，低碳烯烴收率及選擇性均優于常規USY 分子篩[27-28]。進一步研究表明[29]，使用有機酸-無機酸復合體系對USY分子篩進行處理，可以一步實現脫鋁補硅，不僅保證了產品的結晶度，還能夠高效產出大量介孔，在加氫裂化反應中展示出優異的催化性能。

1.2 模板法

后處理法成本低廉，具有極高的經濟價值，部分處理手段已應用于大規模工業生產中，但是后處理法得到的產品通常難以對次級孔道的孔徑及形貌進行精確控制，各級孔道之間連通性較差，且在生成介孔的同時會破壞大量固有微孔結構，催化活性降低[4]；相比之下，模板法可通過對模板劑合理選材或設計，能更精確地對孔隙及顆粒結構進行調控，并可避免發生因骨架脫硅或脫鋁而導致結晶度與催化活性降低。模板法主要分為硬模板劑法和軟模板劑法。

1.2.1 硬模板劑法

硬模板劑法通常是指在沸石分子篩的合成過程中，向合成體系母液中引入相對剛性的固體材料作為介孔模板劑。近年來，多種固體材料被作為硬模板被開發出來[16-18]。Schmidt 等[30-31]最早將碳管作為硬模板劑引入到多級孔沸石分子篩的合成中，成功合成出了多級孔Silicalite-1及SAPO-34分子篩，并應用于正丁烷吸附和甲醇轉化反應中，表現出優異的反應性能。Janssen等[32]對比了以碳纖維和炭黑為模板制備的多級孔Silicalite-1沸石分子篩，證明碳纖維合成的產品介孔孔道曲折程度更低，具有更好的傳質能力。

近年來，由碳原子組成的單原子厚度納米片結構石墨烯材料，因具有特殊的機械性能及電子性質，受到了廣泛的關注與研究。Ren 等[33]將薄層石墨烯（graphene）加入到TS-1合成凝膠中，得到了TS-1-graphene 復合物。研究表明，石墨烯的引入使晶體從六棱柱形轉變為矩形板狀或更小的納米球粒子，并且出現孔徑均勻的介孔網絡（為8～9nm），該系列TS-1-graphene 復合材料在降解有機染料方面表現出優異的光催化活性。Li等[34]將氧化石墨烯（GO）納米片加入Silicalite-1合成體系中，得到了Silicalite-GO復合物。研究表明，GO納米片加速了沸石晶化進程，并且使其轉變為直徑更大（約為10μm）的多晶顆粒；同時還發現GO可以與沸石結構發生共生，從而形成穩定的架構，通過焙燒去除GO納米片，得到了具有2～2.5nm大小的狹縫狀介孔。Du等[35]以GO作為模板，并通過替換不同規格的石墨烯材料，得到具有多種介孔孔徑的多級孔β分子篩。相比于球狀結構的氧化石墨烯粉末，片層結構的GO納米片為模板所制得的產品具有更好的介孔連通性。

1.2.2 軟模板劑法

相比于硬模板劑法，在多級孔沸石分子篩的合成過程中，軟模板劑的使用則更具靈活性和多樣性。由于表面活性劑及聚合物等多種軟模板能夠在沸石結構中高效地引入新的孔道結構，近年來，一系列思路全新的軟模板劑，如烷基化的晶種[36-37]、有機硅烷[38-40]等應運而生。

Choi 等[41-43]設計了一系列全新的雙功能多季銨鹽型表面活性劑，有效避免了相分離的問題。模板劑結構中的疏水性烷基鏈定向阻斷了沸石沿b軸向的生長，從而合成得到多層或單層的有序多級孔沸石分子篩納米片。所得產品在高密度聚乙烯（HDPE）裂解及縮醛化等大分子催化反應中均表現出了優于常規微孔ZSM-5分子篩的催化活性。

車順愛等則通過修飾疏水鏈尾端，在其上引入苯基[44]、聯苯基[45-46]、萘基[47]、稠環芳基[48]等，開發出了多種含有芳香族基團的雙功能模板劑。一方面，剛性相對較強的芳基增強了晶體生長的阻斷行為，從而更加有效地形成片層狀介孔；另一方面，通過芳香族化合物之間π-π 堆積，促進分子的有序排列，從而形成規則結構。在此基礎上，在疏水端基引入偶氮苯[49]或聯萘基[50]，通過σ 鍵扭轉，得到了與上述完全不同的直筒狀介孔結構。模板劑水溶液及產品沸石分子篩的UV-vis 光譜吸收峰變化表明，母液中游離的模板劑分子在晶化過程中自發組裝形成緊密的膠束結構，因此出現π-π 堆積現象。進一步的研究表明[46]，使用軟模板作為結構導向劑時，當晶體結構與模板劑動力學尺寸存在對應關系，即當疏水鏈動力學尺寸約等于晶胞的整數倍時，具有最好的結構導向效果。

此外，Luo 等[51]通過定向設計一種新型的雙季銨鹽型結構導向劑Ada-i-16，并合成出了高比表面積、單晶胞厚度的MWW 沸石納米片。Kore 等[52]基于1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷（DABCO）結構，設計了一系列含有多季銨鹽基團的結構導向劑，并合成了單層厚度約為10nm的多級孔ZSM-5分子篩納米片。

雖然上述合成方法能夠實現對多級孔沸石分子篩顆粒形貌的精準把控，但模板劑的合成過程繁瑣、成本昂貴，人力和物力消耗巨大，因此，通過對廉價的傳統模板劑進行合成方法改良，是目前軟模板劑法能夠實現應用的可能途徑之一。Xu 等[53]使用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和沸石晶種，通過溶解-再結晶方式得到了多級孔MWW 沸石分子篩納米片。結構中MWW 納米片和CTAB 膠束層穿插堆疊，相鄰沸石層之間相距2.5nm。在1,3,5-三異丙基苯（TIPB）裂解及Friedel-Crafts 反應中，MWW納米片均表現出了較強的大分子反應物催化活性。Meng等[54]采用CTAOH與KOH混合使用的方式，一步合成出了多級孔ZSM-5 分子篩，相比于NaOH，CTAOH 與KOH 具有更好的協同性。這主要是由于KOH 對硅膠解聚具有更好的促進效果，可較大程度促進CTA+與硅源的融合，從而得到均相的多級孔ZSM-5 分子篩[55]。在甲醇制烴反應中，該產品展現出了比常規ZSM-5 分子篩更長的催化壽命。

綜上所述，兩種模板劑法都能夠有效且精準地調控分子篩的多級孔道結構，但也存在一定的弊端：硬模板材料制孔能力卓越，但多與硅鋁前體液相性較差，易發生相分離的問題，可能得到兩種材料的混合產物；軟模板則在合成體系中具有更好的分散性，對孔結構與顆粒形貌的調變也更加靈活，但合成工藝復雜，生產成本過高。因此，開發出一種簡單、廉價、綠色的方法，精確把控微孔-介孔多級孔分子篩的合成，將會是模板法今后的主要發展方向。

2 微孔-大孔多級孔沸石分子篩

微孔-大孔多級孔沸石分子篩的合成也同樣是目前多級孔材料合成領域較為關注的方向之一。在催化反應中，相比于微孔-介孔多級孔沸石分子篩，大孔的引入更大程度地縮短了物料擴散路徑，有效抑制積炭的生成，顯著提高催化劑的使用壽命[56-57]。Kim 等[58]發現催化劑的催化壽命與介孔及大孔的孔體積呈現接近線性的對應關系，因此將多級孔沸石分子篩的研究延伸至大孔尺寸，對提高催化劑的催化效率有著極其重要的意義。通過長期的研究，已有多個通過引入大尺寸硬模板的方法合成出微孔-大孔多級孔沸石分子篩的成功案例[16-17,59]。然而，硬模板法也存在多種弊端，例如硬模板劑與沸石前體之間的低親和性，且合成后處理步驟繁雜，碳排放量較高，不利于環境的保護[59]。

為克服上述問題，Dong等[60]將客體負載后的介孔硅球表面包覆晶種，通過水熱轉晶，實現了空心ZSM-5 沸石球的原位合成，并以此空心球進行堆積得到了三維有序大孔（3DOM）沸石分子篩。負載物種的選擇具有極強的靈活性，從納米級到微米級的顆粒（如PdO納米顆粒、介孔碳球、微米級聚合物等）均可實現空心球殼的包覆轉晶，最終得到目標產品。

Machoke 等[61]則將尺寸均勻的介孔硅球作為前體與TPAOH 溶液浸漬，通過蒸汽輔助晶化，得到具有大孔結構的多級孔ZSM-5 分子篩，在保持了ZSM-5 分子篩固有的六棱柱形貌的基礎上，均勻地形成了大量連通的晶內大孔。通過控制晶化過程中的溶解-結晶平衡，即可得到目標多級孔沸石分子篩。此法步驟簡單、易于操作，且生產成本較低，在催化、吸附分離等領域都有著較為廣闊的應用前景。Weissenberger 等[62]進一步將不同尺寸的介孔硅顆粒作為前體模板“翻轉晶化”，合成得到了微孔-大孔多級孔ZSM-5 分子篩。在甲醇制烯烴（MTO）反應中，相同時間內的積炭生成量明顯降低，催化壽命大幅延長。統計分析結果顯示，在一定范圍內，催化劑的催化壽命（轉化率下降至50%所需的時間）與大孔的孔徑之間基本呈現線性的對應關系，孔徑越大則壽命越長[63]，這也與Kim 等[58]所得出的結論基本一致。

Weissenberger 等[64]基于前期研究基礎，成功合成得到大孔孔徑約為600nm的多級孔TS-1分子篩。在2-辛烯環氧化反應中，該產品在保證產物選擇性的同時，催化活性大幅提高。這種“翻轉晶化”的思路可以推廣至其他多級孔沸石分子篩的合成中，對多級孔沸石分子篩的設計具有極其重要的意義。Zhang 等[65]利用此方法，在無模板劑條件下，成功合成得到微孔-大孔多級孔LTA分子篩，分子篩顆粒為方形，顆粒內均勻布滿直徑400nm互相連通的大孔。若將介孔硅球預先負載金屬前體（如Pt、Au等），最終可實現包覆金屬的多級孔LTA分子篩的制備。此合成方法將“翻轉晶化”與“囊泡形”沸石的合成方法整合為一，步驟簡單，易于操作，符合綠色合成的理念，為貴金屬催化劑的均勻負載及微孔-大孔多級孔沸石分子篩的工業制備提供了新的思路。

近年來，以3D 打印技術為基礎的增材制造策略逐漸興起，其在沸石分子篩材料合成領域同樣有所建樹。3D 打印技術是一種可以將在計算機中設計得到的數字模型實體化的制備策略，通過特定的軟件對三維模型進行結構分層，得到有限多個二維平面圖形，然后采用目標材料前體與黏結劑形成的混合液作為“墨水”，以數字打印的方式將所有圖形按照固有順序逐層累加，最終得到滿足特定成型要求的材料。對于催化領域來說，3D 打印技術作為“量體裁衣”式高效催化劑未來發展的希望，能夠基于特定催化反應的材料性能要求，快速精確地“個性化定制”所需的最優多級孔沸石分子篩材料結構，相比于其他常規的“自下而上”的合成方式，3D 打印技術不僅能夠降低材料結構設計的難度，還可以最大程度地減少原料消耗，降低成本，使整體式催化劑的結構優化更加便捷。Li等[66]分別用ZSM-5 及Y 型分子篩與蒙脫土的混合漿通過3D打印制備得到了多級孔沸石分子篩塊體材料，并在其表面覆蓋晶化一層SAPO-34。研究結果表明，最終塊體的性質由體相及表面的沸石分子篩共同決定，兩種原料的固有性質在成型后完美地保留了下來，在正己烷裂解反應中表現出更高的輕烯烴選擇性（ZSM-5 53%，Y型57.9%）和更長的催化壽命。H?drzak 等[67]在高分辨數字光固化（DLP）技術制備的3D 塊體模板表面晶化覆蓋一層微孔的ZSM-5分子篩。所合成的3D 模板能夠實現對大孔孔徑的微米級精確控制，有效增加了體型材料的外表面積，從而增大活性位點的可及性，所得產品在α-蒎烯異構化反應中表現出了極高的轉化率和產物選擇性，并且具有良好的可再生性。Wang 等[68]將ZSM-5 分子篩與硅溶膠作為原料，直寫成型制備了“蜂巢狀”的塊體材料（圖1），隨后通過水熱晶化在體相內的ZSM-5 分子篩顆粒表面包覆一層純硅的Silicalite-1，得到具有微孔-介孔-大孔三級結構分子篩塊體材料。該材料對揮發性有機污染物吸附效果良好，常溫潮濕條件下甲苯吸附量可達44.3mg/g。

作為一種發展迅猛的技術，3D 打印已逐漸滲入沸石分子篩的制備領域，并展示出良好的應用前景。但是，由于目前3D 打印技術在本領域的應用研究尚不健全，在技術應用上難免會存在一些亟待改良的問題。例如，當前技術手段的打印精度只能實現微米級，因此在一些對介孔有需求的材料制備上，暫時還難以大顯身手；此外，雖然3D 打印形成的塊體材料中含有大孔，但大孔與微孔之間連通性甚微，因此在催化效率增幅上差強人意；從可操作性上看，3D 打印技術雖可實現“量體裁衣”式精確定制生產，但現有制備方法操作較為繁瑣，且成型速度較慢，因此目前僅限于實驗室尺度的制備，難以推廣至實際的工業應用中。不過，隨著電子信息技術的快速發展，3D 打印必將向著“低成本、簡易、快速、精確”的方向不斷進步。屆時，通過合理地結合結構設計與計算模擬優化，從納米尺度上精準構建目標多級孔沸石分子篩材料以制備“量體裁衣”式高效催化劑必將成為可能。

3 微孔-介孔-大孔多級孔沸石分子篩

最近十幾年來，隨著微孔-介孔、微孔-大孔多級孔分子篩的研究日趨完善，包含微孔、介孔和大孔三級孔道結構的多級孔沸石分子篩材料的研究也逐漸成為新的研究熱點。理想的多級孔結構催化劑一般應該包括提供催化活性位的微孔、進一步增強擇形與活性位點可及性的介孔以及無障礙傳質的大孔，通過三者的跨尺度貫通復合，使不同級別孔道的優勢集中在一個體系中，可以有效地達到反應活性與催化壽命兼得的最終目的，具有非常重要的研究價值[69]。迄今為止，微孔-介孔-大孔多級孔沸石分子篩的合成大多是采用大分子聚合物及碳材料作為介孔或大孔模板[16-17,59]，此類方法合成的產品多具有整齊有序的大孔及介孔結構，表現出令人滿意的催化性能。但另一方面，種類繁多的模板劑使得材料的合成及后續處理步驟繁雜，且焙燒過程中產生大量溫室氣體，不利于環境保護。因此，蘇寶連等[69]最初采用一種以無定形二氧化硅為前體的類固相結晶方法，成功制備出具有微孔-介孔-大孔三級孔道結構的多級孔TS-1 分子篩，并在環氧化反應中表現出優異的催化性能。同時通過創造性地向體系內引入甘油，不僅可以在高溫下生成穩定的大尺寸孔道結構，還能夠充當溫和的反應媒介，有效降低晶體生長速率，使顆粒大小更加均勻。Wang 等[70]以有機功能化的介孔硅作為前體，制備得到了具有三級孔道結構的CaA 單晶沸石分子篩，在甲醇脫水制二甲醚反應中，該產品在轉化率及產物選擇性上都遠超傳統CaA分子篩。研究表明，在生成大孔及介孔的同時，微孔得以很好地保留下來，并未遭到大幅破壞，而且還可以通過改變介孔硅表面的硅烷基化程度，有效地調變介孔（或大孔）孔容，具有極高的靈活性。

Travkina 等[71]在全程無模板劑條件下，將高嶺土與NaY 分子篩混合成型，通過使高嶺土熔融再結晶，最終獲得具有微孔-介孔-大孔三級孔道結構的多級孔NaY 分子篩。所得多級孔NaY 分子篩的結晶度與普通微孔NaY 相當（僅下降了約5%），在丙醇、甲醛和氨氣的多組分反應中，反應轉化率及催化選擇性均遠超于普通HY分子篩。該方法可推廣至NaA[72]、NaX[72]、MOR[73-74]等多種沸石分子篩的合成，且操作步驟簡潔，基本無化學廢料產生，符合綠色化學的理念。然而，由于體系中無介孔模板劑的存在，高嶺土轉化形成的沸石中介孔尺寸僅能通過粒料塑型密度間接進行粗略調變，因此難以對其介孔孔徑進行精準控制。

最近，蘇寶連等[75]以蔗糖為碳源，利用聚苯乙烯（PS）微球及硅溶膠為模板構筑了穩定的三維有序介孔-大孔碳材料，并以此為模板劑成功合成了具有微孔-介孔-大孔復合結構的多級孔β 分子篩，在TIPB 裂解及Friedel-Crafts 烷基化反應中，轉化率及催化壽命均大幅優于常規和納米β分子篩產品。研究結果顯示，大顆粒中的小組成單元仍然保持著PS 微球的規整有序面心立方堆積結構，并且互相連結，相鄰單元間充斥著互相連通的四面體介孔或六面體大孔孔隙（圖2）。值得注意的是，得益于蒸汽輔助法相對較低的結晶速率，所得β分子篩產品為單晶顆粒，所有的小組成單元為一個相互連接的整體，并且可以達到罕見的微米級尺寸，這使其相比于傳統β分子篩，在增強傳質性能的同時具有更高的催化活性與水熱穩定性。該方法普適性較強，能夠應用于ZSM-5[76-77]和TS-1[76]等多種多級孔沸石分子篩的合成中，但操作過程相對繁瑣且能耗較高，因此僅能停留在實驗室階段，難以進一步推廣至更大規模的工業化生產中。

4 結語與展望

隨著現代化學工業的快速發展，人們對當前應用最為廣泛的多相工業催化劑之一的沸石分子篩材料在結構設計及制備方法上也提出了更嚴苛的要求。特別是在國內外化工企業均在強調“分子催化”理念、力爭效益最大化的今天，基于分子水平上的催化材料結構設計以及開發出“量體裁衣”式的高效催化劑是控制分子定向轉化和實現催化反應過程高選擇性、高收率的關鍵，多級孔沸石分子篩則應運而生，成為了當前的研究熱點。多級孔道結構的引入，歸根結底還是為了提高沸石分子篩孔道的傳質能力，縮短擴散距離，從而大幅提升沸石分子篩催化劑的催化效率。因此，在考慮微孔、介孔、大孔的固有性質之余，著眼于各級孔道結構之間的貫通性對于催化效率的提升則顯得格外重要。目前來說，基于應用場景的變化，多級孔沸石分子篩有了多種多樣的呈現形式，各有利弊。

（1）微孔-介孔多級孔沸石分子篩的應用最廣泛，合成方法也最為多樣：其中后處理法簡單方便，成本低廉，但是對于孔結構的可控性較低，難以獲得高度互通的多級孔結構；模板劑法雖然可獲得具有高效傳質能力的多級孔沸石分子篩，但模板劑制造成本較高，工業推廣難度較大。

（2）相比而言，含有大孔的多級孔沸石分子篩材料能夠更大程度地縮短物料的擴散路徑，使催化劑的催化活性和使用壽命顯著提升，但不可避免地會存在機械強度較低的問題。

（3）雖然目前對于多級孔沸石分子篩的制備研究火熱，但大多數工作著眼于制備方法的開發，極少數研究聚焦于建立孔道結構與催化效率之間的量化構效關系，對深層次理論的缺乏導致沸石分子篩材料的設計與制備仍然主要依賴經驗。3D 打印作為一種日新月異的造孔新技術，為未來多級孔沸石分子篩擺脫“經驗化設計”的窘境、實現“量體裁衣式”的可控制備指明了發展方向，也為構效關系研究的推進提供了強有力的保障。雖然目前仍有較多不足之處，但相信隨著電子信息技術的不斷革新，在未來也必將為沸石分子篩的“量身定制”提供全新的設計思路與可能性。

因此，當前亟需在現有制備方法的基礎上，結合3D 打印等新技術整合出一套簡易、低成本且綠色環保的新方案，實現“量體裁衣”式可控精準設計，并制備出具有高連通性孔道結構的多級孔沸石分子篩材料，以達到在保證機械強度的同時將微孔的高效催化能力與介孔或大孔的優異傳質性能完美融為一體，使沸石分子篩的催化效率更接近于理想化，這也必將成為未來多級孔沸石分子篩材料研究領域中的重要發展方向。