重要的多孔纳米催化剂-沸石分子筛在石油化工中被广泛应用,其中SAPO-34分子筛作为优良的甲醇制烯烃催化剂证明了磷酸铝分子筛在石油化工中的重要地位。深入理解磷酸铝分子筛的晶化机理对于设计合成满足工业需求的新型多孔材料具有重要意义。目前而言,传统水热体系中存在液固两相,液固两相的分开表征使得结晶过程中的中间状态及关键步骤很难被彻底研究清楚。近几年,新开发出的无溶剂合成方法可以最大限度的避免溶剂的干扰,为分子筛的机理研究提供极大的便利。本文采用先进的表征技术,尤其是固体核磁技术,如31P-{27Al}PT-J-HMQC MAS和2D 1H DQ-SQ MAS NMR,来研究无溶剂法合成的多种磷酸铝分子筛的晶化机理。31P-{27Al}PT-J-HMQC MAS核磁共振表征技术是利用偶极-偶极间相互作用,使用特定的J介导的杂核多量子相关(J-HMQC)序列来表征直接键连的固态P-O-Al物种,从而提供骨架形成过程中中间物种的准确结构信息。2D 1H DQ-SQ MAS NMR核磁共振技术是通过偶极耦合自旋来表征有机模板剂H质子的空间相关性。通过这些二维核磁谱图可以得到磷酸铝分子筛晶化过程中重要物种的结构信息,用于理解最初的一维单元链是如何转化为二维层状结构进而转变为三维完整的分子筛骨架的过程。深入理解结构间的相互转化和模板剂的作用机制,有利于指导我们合成具有特定结构或性能的分子筛,从而满足当今化工行业的多方位需求。首先,在AlPO4-5分子筛的晶化机理研究过程中,使用先进的31P-{27A1}PT-J-HMQC MAS核磁和紫外拉曼光谱技术,首次获得了分子筛晶化过程中的四六元环链中间物种的直接谱学证据。随后,在AlPO4-11分子筛的晶化机理研究过程中,采用31P-{27Al}PT-J-HMQC MAS和2D 1H DQ-SQ MAS NMR核磁技术证明在AlPO4-11分子筛合成体系初期同样存在着4-/6-元环链中间结构,且有机胺模板剂在分子筛孔道中以“双”分子的形式存在。之后,在AEI,CHA,AFI和AEL系列硅磷酸铝分子筛的晶化机理研究中发现不同种类的模板剂在分子筛晶化过程中的作用机制不同,具有NH基团的有机胺模板剂在孔道中以“双”分子的形式存在,具有N基团的有机胺会质子化形成铵阳离子,而含有铵阳离子的有机模板剂以铵阳离子的形式与骨架作用。更为重要的是,有机模板剂分子会与含有4-/6-元环链的中间结构形成胺-中间体单元,以此促进链间的相互缩合逐渐形成完整的三维骨架。最后,在对磷铝分子筛晶化机理深入理解的基础上,我们提出了制备多级孔沸石分子筛的新路线:无溶剂体系下自组装合成多级孔SAPO-11分子筛。固体模板剂DPA·H3P04在反应温度下快速分解释放出用作“致孔剂”的DPA气体分子,利用气体膨胀在未添加介孔尺寸模板剂的情况下得到大量蠕虫状介孔。多级孔SAPO-11分子筛在长链烷烃异构化催化反应中充当了优良的催化剂载体,催化反应性能尤其是异构化选择性超过了传统水热法合成的SAPO-11分子筛。