近日，中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所研究員鄧風和徐君團隊在甲醇制烯烴反應機理研究中取得新進展，發(fā)現(xiàn)沸石分子篩的非骨架鋁物種在第一個碳-碳（C-C）鍵生成過程中起到了關(guān)鍵作用，并揭示了相關(guān)的催化反應機理。研究結(jié)果在線發(fā)表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）雜志上。
    乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要基礎(chǔ)化工原料，也是現(xiàn)代化學工業(yè)的基石，目前主要依賴于石油資源進行生產(chǎn)。甲醇作為一種平臺分子，可以通過儲量豐富的煤、天然氣以及生物質(zhì)等獲得，將其通過催化的方式轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的過程（MTO）可以彌補由于石油資源的短缺造成的烯烴供應不足，從而成為代替石油生產(chǎn)烯烴的一條重要途徑。盡管MTO反應已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化應用，對其反應機制仍然沒有明確的認識，這在一定程度上制約了高性能催化劑和催化工藝的研發(fā)。MTO反應是一個由一個碳原子到多個碳原子碳鏈增長的自催化反應過程。其中最具有挑戰(zhàn)性的問題是如何理解第一個C-C鍵的生成。在穩(wěn)態(tài)反應條件下，烴池機制認為甲醇可以與烴池物種（表面吸附的烯烴、碳正離子以及芳烴）作用形成烯烴。這些烴池物種由初始C-C鍵物種通過次級反應而來。但是，第一個C-C鍵物種是什么？第一個C-C鍵烯烴產(chǎn)物是怎么生成的？目前一直沒有得到明確的認識。
    在該研究工作中，課題組成員發(fā)現(xiàn)在沸石分子篩H-ZSM-5催化劑上，由于反應過程中脫鋁所產(chǎn)生的非骨架鋁物種對MTO反應中第一個C-C鍵的形成起到了重要的促進作用。通過利用前期所發(fā)展的13C-{27Al}雙共振固體核磁共振實驗技術(shù)，首次發(fā)現(xiàn)在反應初期生成了與非骨架鋁結(jié)合的甲氧基物種（SMS-EFAL）（如圖1），并測量了該物種中13C-27Al的核間距離為2.75±0.24埃，與理論計算值（2.88埃）相符。進一步的固體NMR實驗和理論計算證實SMS-EFAL物種可以與甲醇分子發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應生成甲醛，甲醛進一步與SMS-EFAL物種發(fā)生C-C鍵偶聯(lián)形成乙醛，乙醛和甲醇發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應形成乙醇以及乙氧基中間體，最終導致乙烯的生成。此研究結(jié)果深化了人們對MTO反應機理和甲醇化學的理解。
    副研究員王超和褚月英為該工作的共同第一作者，通訊聯(lián)系人為徐君和鄧風。該工作得到了國家自然科學基金委、中科院以及湖北省科技廳的支持。