近日，中科院大連化學物理研究所劉中民研究員領導的甲醇制烯烴國家工程實驗室(潔凈能源國家實驗室低碳催化與工程研究部)的研究團隊與中科院武漢物理與數學研究所鄧風、鄭安民研究員(負責理論計算)合作，在甲醇制烯烴反應機理研究方面取得新進展。
甲醇制烯烴國家工程實驗室多年來一直堅持應用研究與基礎研究并重，在甲醇制烯烴工業化過程開發和應用取得成就的同時，也致力于解決實際工業化開發過程中存在的基礎科學問題。甲醇制烯烴是在酸性分子篩上進行的多相催化反應，經歷了一系列復雜的催化過程和反應步驟。隨著甲醇轉化反應機理研究的不斷深入，烴池(Hydrocarbon Pool)機理得到了學術界的廣泛關注。其中，關于反應中間物種碳正離子的觀測及其作用研究一直以來是一項非常重要且具有挑戰性的工作。
在對具有大的超籠結構SAPO分子篩催化劑上生成七甲基苯碳正離子進行直接觀測后(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (2), 836–839)，研究人員繼續對工業應用的CHA結構分子篩進行反應過程中碳正離子生成和作用的研究。首次在真實MTO反應條件下同時觀測到兩種碳正離子-七甲基苯碳正離子(heptaMB+)和五甲基環戊烯基碳正離子(pentaMCP+)的生成。其中五甲基環戊烯基碳正離子是首次在MTO反應中被發現，其結構的確認得到了固體核磁共振、GC-MS以及理論計算的證實。
進一步的研究證明，兩種碳正離子確實參與了MTO的轉化過程，從而直接證實了烴池機理的合理性。另一方面，通過13C同位素示蹤實驗結合DFT理論計算，研究了碳正離子參與的兩種可能的催化反應路徑-side-chain機理和paring機理，證實在CHA分子篩上甲醇轉化兩種機理同時存在，side-chain機理占據主導地位。有關兩種碳正離子的穩定性與活性的關系在文中也做了比較和詳細的論述。上述研究成果發表在《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52(44), 11564-11568)上。
該項目得到了國家自然科學基金委員會、中科院戰略先導專項等的資助。
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