制备纳米级沸石材料可直接缩短孔道长度和扩散路径并增加比表面积,提高反应物与活性位的接触机会,从而有效地改善催化剂的产物选择性和使用寿命。其中,纳米片、纳米棒等取向性形貌（沿孔道方向纳米级）比纳米颗粒在某些方面更具有应用价值,因为其在具备纳米级沸石材料的优势的同时,仍具有相对长程有序的晶体结构,可以更好地保证结构的稳定性和产物择形性。另外,纳米级取向性沸石材料往往因为小晶粒堆积的宏观形貌导致其具有明显的多级孔道系统,这也会在空间上提高催化剂的传质和扩散能力,更有利于大分子的催化反应。综上所述,设计合理的纳米级取向性沸石催化剂具有基础研究和实际应用价值,但在合成过程中,取向性沸石材料往往制备难度较大,成本较高,且取向方式比较单一。因此,本论文围绕新型特殊取向性沸石材料的设计合成及其在催化反应中的应用能力来开展研究,并主要取得了以下进展。第一部分,此前MFI型沸石的纳米级取向性形貌仅有沿b轴方向的取向方式被报道。基于Monomer-Conjugation-Collaboration（MCC）合成机理,以H型的层状硅酸盐kanemite为硅源,1-羟乙基-3-甲基咪唑离子液体为模板剂,成功一步合成出沿a轴方向取向的ZSM-5沸石纳米片（命名NZ-6）。晶体沿a轴方向仅有12纳米左右的厚度,这一材料的成功制备又为MCC机理提供了一个成功案例。通过DFT计算可知,单层的咪唑环共轭对即可有效抑制ZSM-5晶体沿a轴方向生长。因之前超薄a轴取向的ZSM-5纳米片尚未有人报道,这一材料的出现无疑为研究MFI型沸石a轴方向的“之”字形曲折孔道对反应结果的影响提供了可能性。另外,通过调整晶化条件,制备了一系列具有不同a轴方向尺寸且其他方向上尺度相似的ZSM-5材料,这些材料通过调控铝含量后,皆应用于甲醇制丙烯（MTP）的反应中。将a轴方向尺寸与催化结果关联可发现,a轴方向尺寸与反应效果呈负相关,且a轴尺寸最薄的催化剂表现出极高的丙烯选择性（54%）与使用寿命,证明了a轴取向的ZSM-5纳米片可能是极具应用潜力的MTP催化剂。第二部分,基于第一部分研究,a轴取向ZSM-5纳米片无论在基础研究还是在工业应用中都颇具意义,而经验上,若能够引入丰富的介孔结构可进一步提高反应效果。另外,MCC机理虽然已大大降低了模板剂的成本,却仍掣肘于以层状硅酸盐作为硅源,这使得合成方法仍有简化的空间。在第一部分中尝试使用常见的无定形硅源,匹配咪唑类模板剂,难以获得目标材料。在本部分工作中,N-甲基丁基吡咯烷被用作模板剂,与硅溶胶匹配使用,成功制得同样具有a轴取向性的ZSM-5纳米片（记为BMP-Z5）,a轴方向的厚度约为8纳米。该材料与上一部分中的材料NZ-6相比,一级粒子尺寸相似,但海胆状的堆积方式使其拥有更丰富的多级孔道结构和更高的比表面积。调整铝的含量后应用于MTP反应,相较于其他常见形貌的ZSM-5（大块,纳米颗粒,b轴取向）及第一部分中的催化剂样品,该材料表现出更长的使用寿命,丙烯选择性（56%）以及丙烯乙烯比（＞12）。根据实验测试结果及对沸石孔道内分子扩散的模拟计算可知,丙烯在a轴孔道中的扩散效率快于b轴,而对于大分子有机物,其在曲折孔内的移动速度远低于直孔。这在解释了所得反应结果的同时,也证实了设计合理的a轴取向ZSM-5纳米片,较其他形貌在MTP反应,甚至其他反应中有更好的应用表现。第三部分,Beta与ZSM-5同样是极具应用能力的沸石材料,目前存在形貌比较单一。在第二部分a轴取向ZSM-5纳米片合成条件的摸索过程中,我们发现了一个特殊样品,其PXRD的出锋位置与Beta沸石相似,但峰型宽化明显,其形貌并非常见Beta沸石的大晶粒多面体或者纳米小颗粒形貌。通过优化结晶条件,最终获得50纳米左右的纳米棒状Beta沸石（ECNU-41）,且棒长为微米级。另外纳米棒的堆积方式在沸石材料中也鲜有发现,呈现类似孔明锁式规则交叉的堆叠方式,交叉的纳米棒之间夹角近似90度。这种堆积方式不但宏观结构十分稳固,且可构成相当丰富的晶间介孔。另外,在研究单根纳米棒时发现其可能具有孪晶结构,导致在棒的末端观察到拐角形状。与常见的工业样纳米颗粒状Beta催化剂相比,其具有纳米效应优势的同时,微米级的整体晶粒大小也保证了更好的孔道完整性和水热稳定性。ECNU-41原样和经脱铝、及补钛后的材料,在烷基化,贝克曼重排,MTP以及烯烃环氧化的反应中较常规催化剂均有更优表现。第四部分,基于以上三部分研究不难确定,沸石形貌的改变确可有效提高其应用效果,因此我们也尝试了通过其他方法策略以获得具有纳米级取向性的沸石材料。（1）以氢氧化六甲双铵为模板剂,制备出一种形貌呈纳米片状的层状硅酸盐（厚薄大约200纳米）。基于课题组之前的相关工作,该硅酸盐无需进行层间溶胀,可直接选择适当的有机硅烷对其进行插硅处理,并最终获得了两种具有12×8孔道结构的新型沸石材料,且均保持了母体的纳米片形貌,目前该两种沸石准确的结构解析仍在进行中。（2）尝试设计使用其他季铵盐（含碳链或单一苯环结构）作简易的双功能结构导向剂,合成具有MFI型拓扑结构的超薄沸石纳米片。虽然最终未达成预期目的,但获得若干具有一定取向性或形貌特点的ZSM-5沸石材料,并对其可能的应用方向或研究价值提出猜想。