Grâce à diverses topologies cristallines, composition chimique accordable, haute stabilité (hydro)thermique, et acidité/basicité de surface contrôlable, les zéolites sont largement utilisées dans le raffinage du pétrole, fabrication pétrochimique, synthèse chimique fine, biomédecine, chimie environnementale, etc. Cependant, pour de nombreuses réactions catalysées par la zéolite, les diamètres moléculaires des espèces réactionnelles impliquées sont souvent plus grands que les ouvertures des pores des zéolites. Cela conduit à une résistance à la diffusion indésirable entre la phase en masse et les centres actifs du catalyseur, réduisant ainsi considérablement l'efficacité du catalyseur.

L'atténuation de la résistance à la diffusion et l'amélioration de l'efficacité du catalyseur à base de zéolite sont toujours l'un des problèmes les plus préoccupants dans les universités et l'industrie. Au cours des dernières décennies, les outils d'intégration de structures micro-/mésoporeuses hiérarchiques dans les zéolithes pour une meilleure diffusion et efficacité catalytique ont été fortement enrichis.

Cependant, dans les vrais procédés de catalyse industrielle, même si le composant zéolithique contient une structure hiérarchiquement poreuse, ce n'est qu'un des composants du catalyseur industriel multi-composants. Le catalyseur industriel à base de zéolithe est une structure essentiellement hiérarchique composée de composants zéolithiques microporeux et non zéolithiques macroporeux. Lorsque la structure hiérarchiquement poreuse est intégrée, le catalyseur présente également une structure hiérarchique trimodale micro-/méso-/macroporeuse. Évidemment, la structure hiérarchique des pores des catalyseurs industriels à base de zéolite existe à deux niveaux :« à l'intérieur du composant zéolitique » et « entre les composants du catalyseur industriel ».

Dans un nouvel article de synthèse publié dans le journal basé à Pékin Revue scientifique nationale , scientifiques de l'Université chinoise du pétrole à Qingdao, Chine (Peng Peng, Zi-Feng Yan), China National Petroleum Company à Pékin, Chine (Xiong-Hou Gao), et Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) à Caen, La France (Svetlana Mintova) a analysé l'état de l'art en matière de conception rationnelle de structures hiérarchiques micro-/mésoporeuses du point de vue de l'ingénierie des réactions catalytiques.

Du point de vue de l'ingénierie des réactions catalytiques, les indicateurs quantitatifs pour évaluer l'efficacité du catalyseur sont le facteur d'efficacité du catalyseur (η) et le module de Thiele (φ). Si le système catalytique subit une forte résistance à la diffusion (η <0,25), alors η est l'inverse de , donc augmenté signifie φ diminué. Sur la base de la définition de , l'amélioration de η peut être obtenue en augmentant le coefficient de diffusion effectif (Deff) ou en raccourcissant le chemin de diffusion (L). Basé sur ceci, la structure mésoporeuse de la zéolite hiérarchique peut être divisée en trois types :(1) « mésopores fonctionnels » (augmentation du coefficient de diffusion effectif, Déf); (2) « mésopores auxiliaires » (raccourcir le chemin de diffusion, L); et (3) « mésopores intégrés » (augmenter simultanément Deff et raccourcir L). Pour les matériaux zéolithiques hiérarchiques, une excellente interconnectivité des pores peut assurer une diffusion et une désorption rapides des produits formés sur les sites actifs des micropores, évitant ainsi la désactivation. Pour un réseau de réaction en cascade comme le craquage catalytique fluide (FCC), une structure poreuse hiérarchique bien conçue peut assurer l'interconnexion entre les micro- et mésopores, ce qui est très important pour le relais de réaction dans le processus FCC.

La zéolithe à structure poreuse hiérarchisée n'est qu'un des composants des véritables catalyseurs industriels. Afin de répondre aux exigences de résistance mécanique, stabilité hydrothermale, résistance à l'empoisonnement et à la cokéfaction dans les procédés catalytiques industriels, les catalyseurs industriels doivent ajouter d'autres composants non zéolitiques. Bien que le mécanisme d'interaction entre les composants du catalyseur industriel ne soit pas entièrement compris, l'appariement non idéal des structures poreuses entre les composants zéolitiques et non zéolitiques peut entraîner une réduction des performances des composants zéolithiques à pores hiérarchiques. La coordination de l'interconnectivité des pores des zéolites hiérarchiques et d'autres composants non zéolitiques dans les catalyseurs industriels est une question urgente à traiter avant les applications industrielles des zéolithes hiérarchiques.

Le but ultime de la préparation d'un matériau à porosité hiérarchique est de libérer pleinement son potentiel à l'échelle industrielle en maîtrisant la structure hiérarchique des pores, l'emplacement et l'interconnectivité des différents composants qui jouent un rôle central dans l'amélioration de leur efficacité catalytique. Développer des spectroscopies combinées in-situ ou operando, les techniques microscopiques ou de diffraction sont la clé pour démêler la relation structure-activité des zéolites hiérarchiques en tant que composant dans les catalyseurs industriels.