大连化物所首页 | 设为首页 | 加入收藏

环戊二烯物种-连接MTO反应初期和高效阶段的桥梁

时间:2021-05-13 17:37 栏目类别:

中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士、魏迎旭研究员团队利用原位固体核磁与同位素标记技术结合理论计算,发现环戊二烯物种具有双重作用,其不仅可以作为反应高效阶段重要的活性物种而且可以作为沟通甲醇反应初期和高效反应阶段的桥梁物种(linking species)。

分子筛催化甲醇转化生成烯烃的反应是一个极其复杂的催化过程,虽然近40年的甲醇转化机理研究取得了令人瞩目的进展,仍有诸多的科学问题尚待解决。目前对于MTO反应机理的研究主要集中在初始反应阶段第一个C-C键的形成以及高效反应阶段烯烃生成过程,然而,值得注意的是,在初始烯烃生成到反应高效转化阶段之间的过渡阶段中,对于初始活性物种是如何形成以及这些物种是如何演变仍旧缺乏清晰的认识。原位观测初始活性物种的形成与演变过程,建立活性物种之间的相互关系,构建甲醇转化初始阶段直接反应机理与甲醇高效转化阶段间接反应机理的桥梁对于深入理解分子筛催化甲醇转化的反应历程、实现有效的MTO反应控制具有重要意义。

研究团队采用原位固体核磁详细研究了SSZ-13分子筛催化甲醇转化的整个反应历程,在整个MTO反应历程中,研究人员发现在活性物种聚集生成的过渡阶段,环戊烯基碳正离子先于多甲基苯物种被观测到,推测在过渡阶段,这两种重要的活性物种可能存在一定的关联性,研究它们是如何形成与演变显得尤为重要。为了研究环戊烯基碳正离子的来源与去向,研究人员设计了13C-乙烯吸附实验和12C-五甲基环戊二烯与13C-甲醇共进料实验,结合理论计算提出五甲基环戊烯基碳正离子到多甲基苯的转化路径。最终,研究团队给出由初始反应阶段到高效反应阶段的反应机制,描绘了甲醇到初始烯烃经过渡阶段环戊二烯物种和芳烃物种聚集,进而通过间接反应机理生成烯烃的反应过程。

该团队阐释了MTO反应过程中重要的活性中间体-环戊二烯物种在整个反应过程中的重要作用,该物种在甲醇高效阶段可以引导烯烃的生成,同时环戊二烯物种作为初始的活性物种可以促进芳烃物种的生成,是连接反应初期直接机理和高效转化阶段间接反应机理的桥梁物种。该工作将对深入理解分子筛催化甲醇转化的反应历程、实现具体的反应控制具有十分重要的意义。

相关研究成果发表在《ACS Catlysis》https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c00799上。上述研究工作得到国家自然科学基金项目和中国科学院前沿科学重点研究项目的资助。(文/图:张雯娜)


Methylcyclopentenyl Cations Linking Initial Stage and Highly Efficient Stage in Methanol-to-Hydrocarbon Process. Wenna Zhang, Mozhi Zhang, Shutao Xu* , Shushu Gao, Yingxu Wei *, Zhongmin Liu *, ACS, 10(8):4510-4516, 2020.

电话:+86 -411-84379870  传真:+86-411-84379038 邮件:heshasha@dicp.ac.cn

Copyright© 中国科学院大连化学物理研究所 低碳催化与工程研究部 版权所有 All Rights Reserved.