中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所鄧風研究組在沸石分子篩催化甲醇制烯烴反應的“超分子活性中心”研究方面取得新進展,研究結果發(fā)表在《德國應用化學》上。
沸石分子篩催化甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烴的MTO(methanol-to-olefins)反應已經(jīng)成為目前石油化工領域代替石油生產(chǎn)大宗化學品——低碳烯烴的核心技術。然而MTO過程的反應機理仍不是很清楚,這在一定程度上制約了高效催化劑的研發(fā)。MTO反應中的一個獨特現(xiàn)象是限域在分子篩孔道中的“烴池”物種(如碳正離子和多甲苯)具有催化作用,同時分子篩酸性位的作用也必不可或缺,人們認為在MTO 反應中可能存在由“烴池”物種和分子篩骨架酸性位共同組成的“超分子活性中心”,但是對于“超分子活性中心”是否存在以及它在MTO過程中的作用機制一直缺乏直接的實驗證據(jù)。
最近,該研究組的徐君、王超和王強利用前期所發(fā)展的13C-27Al雙共振固體NMR新技術,在研究沸石分子篩ZSM-5的MTO反應中,直接觀察到13C(“烴池”有機物種)與27Al(無機分子篩骨架鋁)之間的相互作用,證實了“超分子活性中心”的存在;利用12C/13C 同位素交換NMR實驗闡明了“超分子活性中心”在MTO反應中的作用:與分子篩骨架鋁有強相互作用且空間鄰近的“烴池”物種表現(xiàn)出高的反應活性,遠離分子篩骨架鋁的“烴池”物種的反應活性較低。該結果對于發(fā)展甲醇化學以及揭示MTO反應機理都具有重要意義。研究工作得到國家自然科學基金的資助。