甲醇制烯烃基础研究取得新进展

　　近日，中科院大连化学物理研究所刘中民研究员领导的甲醇制烯烃国家工程实验室(洁净能源国家实验室低碳催化与工程研究部)的研究团队与中科院武汉物理与数学研究所邓风、郑安民研究员(负责理论计算)合作，在甲醇制烯烃反应机理研究方面取得新进展。

　　甲醇制烯烃国家工程实验室多年来一直坚持应用研究与基础研究并重，在甲醇制烯烃工业化过程开发和应用取得成就的同时，也致力于解决实际工业化开发过程中存在的基础科学问题。甲醇制烯烃是在酸性分子筛上进行的多相催化反应，经历了一系列复杂的催化过程和反应步骤。随着甲醇转化反应机理研究的不断深入，烃池(Hydrocarbon Pool)机理得到了学术界的广泛关注。其中，关于反应中间物种碳正离子的观测及其作用研究一直以来是一项非常重要且具有挑战性的工作。

　　在对具有大的超笼结构SAPO分子筛催化剂上生成七甲基苯碳正离子进行直接观测后(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (2), 836–839)，研究人员继续对工业应用的CHA结构分子筛进行反应过程中碳正离子生成和作用的研究。首次在真实MTO反应条件下同时观测到两种碳正离子-七甲基苯碳正离子(heptaMB+)和五甲基环戊烯基碳正离子(pentaMCP+)的生成。其中五甲基环戊烯基碳正离子是首次在MTO反应中被发现，其结构的确认得到了固体核磁共振、GC-MS以及理论计算的证实。

　　进一步的研究证明，两种碳正离子确实参与了MTO的转化过程，从而直接证实了烃池机理的合理性。另一方面，通过13C同位素示踪实验结合DFT理论计算，研究了碳正离子参与的两种可能的催化反应路径-side-chain机理和paring机理，证实在CHA分子筛上甲醇转化两种机理同时存在，side-chain机理占据主导地位。有关两种碳正离子的稳定性与活性的关系在文中也做了比较和详细的论述。上述研究成果发表在《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52(44), 11564-11568)上。

　　该项目得到了国家自然科学基金委员会、中科院战略先导专项等的资助。

烃池反应机理图