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环戊二烯循环在笼结构分子筛催化甲醇转化反应中具有普适性

时间:2021-05-13 17:52 栏目类别:

中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士、魏迎旭研究员团队基于环戊二烯循环机理的提出,结合实验与理论计算,以三甲基环戊烯基碳正离子为起始物种,建立了H-RUB-50催化甲醇转化反应的环戊二烯催化循环,证实了环戊二烯循环在笼结构分子筛催化的甲醇转化反应中具有普适性。

分子筛催化甲醇转化机理的研究为MTO的发展提供了强大的理论支撑,为MTO工艺过程的发展提供更为可靠的理论基础和调控策略。在甲醇高效转化阶段,反应遵循间接反应机理生成烯烃产物的过程已经得到了广泛的共识。研究者们建立了甲醇转化的各种反应途径,然而,由于分子筛催化甲醇转化反应体系非常复杂,当前的发现是否已包括所有可能的活性中间体、这些反应途径能否包含中间体参与反应的所有方式以及活性中间体参与催化循环的间接反应机理的本质是什么仍然是困惑研究者们的重要问题。2019年,我们研究团队首次建立了以甲基环戊二烯物种为独立活性中间物种的新催化循环—环戊二烯循环。(https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02487)新的反应途径的提出完善了甲醇制烯烃的反应网络,形成了针对甲醇转化间接反应机理更为本质和统一的认识。

本工作中,我们针对H-RUB-50分子筛催化MTO反应的环戊二烯循环进行实验和理论研究,以三甲基环戊烯基碳正离子为起始烃池物种建立了三甲基环戊二烯循环,采用DFT计算验证了该循环的可行性,进一步说明了笼结构分子筛催化MTO反应中环戊二烯循环的普适性。通过与传统芳烃循环中的修边机理的比较分析,揭示出在H-RUB-50上环戊二烯循环可以作为一条可行的路径引导乙烯的生成。

环戊二烯循环的研究不仅确认了环戊烯基碳正离子在甲醇转化中的作用,也为烯烃的生成提供了一条新的可行性的反应途径。

相关研究成果发表在《Journal of Energy Chemistry》https://doi.org/10.1016/j.jechem.2019.09.022上。上述研究工作得到国家自然科学基金项目资助。(文/图:张雯娜)


Methylcyclopentenyl Cation Mediated Reaction Route in Methanol-to-Olefins Reaction over H-RUB-50 with Small Cavity. Wenna Zhang, Shutao Xu , Yuchun Zhi , Yingxu Wei *, Zhongmin Liu *, Journal of Energy Chemistry, 45:25-30, 2020.


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