将双金属纳米团簇封装在沸石内，可整合多孔载体的优势与金属位点独特的几何和电子结构特性。
然而，在沸石纳米空间内实现双金属纳米团簇的精准封装，并同时调控其结构特征，仍是一个重大挑战。
2025年10月23日，清华大学刘振东、徐建鸿、陈晓、东京大学朱傑在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Ultrafast Encapsulation of Bimetallic Nanoclusters into Zeolites: Linking Structural Features to Catalytic Performance》的研究论文，Tao Yu、Kai Jia、Zhenyuan Zhao为论文共同第一作者，刘振东、徐建鸿、陈晓、朱傑为论文共同通讯作者。
在本文中，作者提出了一种通用方法，能在分钟级快速分子筛结晶过程中实现多种双金属纳米团簇的超快原位封装。
所得金属-分子筛复合材料展现出独特的结构特征，且封装的双金属纳米团簇间存在可调控的相互作用。
通过优化组分，封装Pt-Ni双金属纳米团簇的分子筛在一氧化碳（CO）优先氧化反应中表现出卓越的活性和稳定性，而封装Pt-Zn团簇的复合材料在丙烷脱氢反应中表现出优异性能。
这项系统的合成-结构-性能研究证明，超快封装法是一种通用策略，可制备具有独特结构属性和增强催化性能的双金属纳米团簇封装分子筛，具有广阔的实际应用前景。
图1 双金属纳米团簇超快封装至分子筛。（A）传统浸渍法、传统原位封装与超快原位封装的示意图对比；（B-D）分别封装Pt-Ni、Pt-Zn与Pt-Co双金属纳米团簇的silicalite-1沸石的球差校正STEM图像。
图2 基于X射线光电子能谱（XPS）与Ar+团簇离子刻蚀技术的分子筛内双金属纳米团簇研究。（A）Ar+团簇离子刻蚀辅助XPS技术示意图；（B-C）分别为封装Pt-Ni双金属纳米团簇的分子筛在不同预估刻蚀深度下的Pt 4f与Ni 2p核心能级XPS谱图。
图3 通过X射线吸收光谱研究不同组分Pt-Ni双金属纳米团簇封装分子筛中两种金属元素的化学环境。（A-B）分别为Pt L3边与Ni K边XANES谱图；（C-D）分别为Pt L3边与Ni K边傅里叶变换EXAFS谱图；（E-F）分别为k3加权Pt L3边与Ni K边FT-EXAFS谱图的曲线拟合结果。
图4 小波变换XAS等高线图。（A-B）分别为k3加权Pt L3边与Ni K边EXAFS谱图的小波变换等高线图。
图5 揭示双金属纳米团簇中Pt-Ni相互作用表征。（A-B）分别为不同组分Pt-Ni双金属纳米团簇封装silicalite-1分子筛的CO-DRIFTS谱图与H2-TPR曲线；（C）原始silicalite-1与不同组分Pt-Ni封装样品的1H MAS NMR谱图（绿色与紫色峰分别对应具有中弱氢键能力和强氢键能力的硅羟基；橙色峰归属于末端镍羟基，灰色峰反映镍顺磁性导致的谱线展宽效应）；（D）原始silicalite-1与不同组分Pt-Ni封装样品的FTIR谱图。
图6 CO优先氧化性能。（A）不同特性催化剂上CO转化率随反应温度变化的对比；（B）Pt-Ni双金属纳米团簇封装silicalite-1分子筛在CO优先氧化反应中的稳定性。
图7 丙烷脱氢性能。（A-B）分别为不同金属-分子筛催化剂的丙烷转化率与丙烯选择性对比；（C）1.0 wt% Pt与1.0 wt% Zn封装silicalite-1分子筛在多个反应-再生循环中的长效催化性能。
综上，本研究表明通过超快封装技术可实现分子筛内双金属纳米团簇化学组成与微环境的定向设计与构建。
该原位封装策略通过加速分子筛结晶过程，使其与金属物种的快速沉淀相匹配，从而在分钟级时间内完成封装。
作者的研究证实，这种时间尺度的匹配为调控双金属纳米团簇在分子筛内的区域选择性开辟了新途径，有望将金属物种精准定位至孔道网络的特定位置。
除合成效率优势外，该方法为调控双金属纳米团簇内部相互作用及通过精确组分优化催化性能提供了有效策略。
未来，对时间尺度匹配策略的深入探索有望进一步提升金属空间分布与电子相互作用的调控精度。
本研究凸显了超快封装法制备具有可调催化性能的双金属-分子筛复合材料的普适性与可靠性，为开发具有更高选择性、稳定性及实用性的新一代金属-沸石催化剂奠定了基础。
Ultrafast Encapsulation of Bimetallic Nanoclusters into Zeolites: Linking Structural Features to Catalytic Performance. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c15231.
