近日，大連化物所甲醇制烯烴國家工程實驗室劉中民院士、魏迎旭研究員、徐舒濤研究員團隊，與中科院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院鄭安民研究員團隊合作，在甲醇制烯烴初始C-C鍵生成機理研究方面取得新進展，揭示了甲醇制烯烴反應中C-C鍵的生成機理。

作為重要的煤化工過程，甲醇制烯烴（MTO）是C1化學的重要反應。在這個反應中，從C1物種甲醇或者二甲醚生成第一個C-C鍵的反應機理一直是C1化學中極具挑戰(zhàn)性和爭議性的課題。由于轉(zhuǎn)化發(fā)生在反應的最初始階段難以捕獲中間物種，一直以來缺乏直接證據(jù)解釋反應機理。團隊在前期的工作中實現(xiàn)了原位觀測MFI結(jié)構(gòu)ZSM-5分子篩上催化C1物種生成的類亞甲氧基（methyleneoxy analogue）物種，由此獲取了C1物種活化生成第一個C-C鍵的直接譜學證據(jù)（Angew. Chem. Int. Ed., 2017）。

本工作中，團隊進一步研究了八元環(huán)CHA籠結(jié)構(gòu)分子篩SSZ-13催化甲醇轉(zhuǎn)化反應初始階段C-C鍵的形成機理：通過原位（in situ）固體核磁共振技術，實現(xiàn)了催化劑表面C1反應物（甲醇和二甲醚）、C1反應中間體（甲氧基和三甲基氧鎓離子）、C1物種活化態(tài)（類亞甲氧基物種）的觀測；特別是首次在真實MTO反應過程中實現(xiàn)了初始烯烴前驅(qū)體（表面乙氧基）的捕獲，由此構(gòu)成了從C1反應物出發(fā)生成初始C-C鍵的完整反應鏈條。此外，團隊還采用從頭計算分子動力學（AIMD）技術，理論模擬了由甲醇/二甲醚和甲氧基/三甲基氧鎓離子出發(fā)形成C-C鍵的反應路徑，并可視化地再現(xiàn)了反應歷程。綜合實驗證據(jù)和理論計算結(jié)果，團隊建立了完整可行的表面甲氧基/三甲基氧鎓離子與分子篩骨架氧協(xié)同活化甲醇/二甲醚并生成初始C-C鍵的直接反應機理。該工作不僅完善了MTO反應機理，也豐富了C1催化化學的基本理論。

相關研究成果以“The First Carbon-carbon Bond Formation Mechanism in Methanol-to-hydrocarbons Process over Chabazite Zeolite”為題，于近日發(fā)表在《化學》（Chem）上。該工作的第一作者是大連化物所DNL1201的2015級博士研究生孫毯毯和中科院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院陳偉博士。上述工作得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、興遼英才計劃等項目的支持。