Dankzij verschillende kristallijne topologieën, afstembare chemische samenstelling, hoge (hydro)thermische stabiliteit, en controleerbare oppervlaktezuurgraad/basiciteit, zeolieten worden veel gebruikt bij de aardolieraffinage, petrochemische fabricage, fijne chemische synthese, biologie, milieu chemie, enz. Echter, voor veel door zeoliet gekatalyseerde reacties, de moleculaire diameters van de betrokken reactiesoorten zijn vaak groter dan de poriënopeningen van de zeolieten. Dit leidt tot ongewenste diffusieweerstand tussen de bulkfase en de actieve centra van de katalysator, waardoor de efficiëntie van de katalysator aanzienlijk wordt verminderd.

Het verminderen van de diffusieweerstand en het verbeteren van de katalysatorefficiëntie van de op zeoliet gebaseerde katalysator is altijd een van de meest bezorgde problemen in de academische wereld en de industrie. In de afgelopen decennia is tools voor het integreren van hiërarchische micro-/mesoporeuze structuren in zeolieten voor een betere diffusie en katalysatorefficiëntie zijn enorm verrijkt.

Echter, in de echte industriële katalyseprocessen, zelfs als de zeolietcomponent een hiërarchisch poreuze structuur bevat, het is slechts een van de componenten van de industriële katalysator met meerdere componenten. De op zeoliet gebaseerde industriële katalysator is in wezen een hiërarchische structuur die is samengesteld uit microporeuze zeolitische en macroporeuze niet-zeolitische componenten. Wanneer de hiërarchisch poreuze structuur is geïntegreerd, de katalysator heeft ook een micro-/meso-/macroporeuze trimodale hiërarchische structuur. Blijkbaar, de hiërarchische poriestructuur van industriële katalysatoren op basis van zeoliet bestaat op twee niveaus:'binnen de zeolietcomponent' en 'tussen de componenten van de industriële katalysator'.

In een nieuw overzichtsartikel gepubliceerd in het in Peking gevestigde Nationale wetenschappelijke recensie , wetenschappers aan de China University of Petroleum in Qingdao, China (Peng Peng, Zi Feng Yan), China National Petroleum Company in Peking, China (Xiong Hou Gao), en het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) in Caen, Frankrijk (Svetlana Mintova) analyseerde de state-of-the-art in rationeel ontwerp van hiërarchische micro-/mesoporeuze structuren vanuit het oogpunt van katalytische reactie-engineering.

Vanuit het perspectief van katalytische reactietechniek, de kwantitatieve indicatoren voor het evalueren van de efficiëntie van de katalysator zijn de katalysatoreffectiviteitsfactor (η) en de Thiele-modulus (φ). Als het katalysatorsysteem een ​​sterke diffusieweerstand ondergaat (η <0,25), dan is η het omgekeerde van φ, dus verhoogd η betekent verlaagd φ. Op basis van de definitie van φ, het verbeteren van η kan worden bereikt door ofwel de effectieve diffusiecoëfficiënt (Deff) te verhogen of het diffusiepad (L) te verkorten. Op basis hiervan, de mesoporeuze structuur in hiërarchische zeoliet kan worden onderverdeeld in drie typen:(1) 'functionele mesoporiën' (verhogen effectieve diffusiecoëfficiënt, deff); (2) 'hulp mesoporiën' (verkort het diffusiepad, L); en (3) 'geïntegreerde mesoporiën' (verhoog tegelijkertijd Deff en verkort L). Voor hiërarchische zeolietmaterialen, uitstekende interconnectiviteit van de poriën kan zorgen voor snelle diffusie en desorptie van producten gevormd op de actieve plaatsen van de microporiën, waardoor deactivering wordt voorkomen. Voor een cascadereactienetwerk zoals vloeibaar katalytisch kraken (FCC), goed ontworpen hiërarchisch poreuze structuur kan zorgen voor de onderlinge verbinding tussen micro- en mesoporiën, wat erg belangrijk is voor het reactierelais in het FCC-proces.

Zeoliet met een hiërarchische poreuze structuur is slechts een van de componenten van echte industriële katalysatoren. Om aan de eisen van mechanische sterkte te voldoen, hydrothermische stabiliteit, weerstand tegen vergiftiging en cokesvorming in de industriële katalytische processen, industriële katalysatoren moeten andere niet-zeolitische componenten toevoegen. Hoewel het interactiemechanisme tussen de industriële katalysatorcomponenten niet volledig wordt begrepen, de niet-ideale aanpassing van de poreuze structuren tussen de zeolietcomponenten en de niet-zeolietcomponenten kan leiden tot een verminderde prestatie van de hiërarchische poriezeolietcomponenten. De coördinatie van de interconnectiviteit van de poriën van hiërarchische zeolieten en andere niet-zeolitische componenten in industriële katalysatoren is een dringende kwestie die moet worden aangepakt voorafgaand aan de industriële toepassingen van hiërarchische zeolieten.

Het uiteindelijke doel voor het maken van hiërarchisch poreus materiaal is om het potentieel ervan op industriële schaal volledig vrij te maken door de hiërarchische poriestructuur te beheersen, locaties van verschillende componenten en onderlinge verbindingen die een cruciale rol spelen bij het verbeteren van hun katalytische efficiëntie. Het ontwikkelen van gecombineerde in-situ of operando spectroscopische, microscopische of diffractietechnieken is de sleutel tot het ontrafelen van de structuur-activiteitsrelatie van hiërarchische zeolieten als component in industriële katalysatoren.