研究人员发现合成气转化中分子筛动态限域作用

近日，中科院大连化学物理研究所（以下简称大化所）包信和院士、研究员潘秀莲、副研究员焦峰团队在合成气催化转化研究方面取得新进展，发现了合成气转化中分子筛动态限域作用，并揭示了其对产物选择性的调控原理。相关研究成果发表在《国家科学评论》。

该团队于2016年提出金属氧化物和分子筛耦合的双功能OXZEO催化剂设计概念，实现了高选择性地生成C2=-C4=低碳烯烃。此后，团队就金属氧化物和分子筛催化作用原理、双功能匹配耦合机制开展研究，取得系列进展。OXZEO技术为煤、天然气、二氧化碳的资源化利用提供了新技术平台，受到广泛关注和研究。此外，该团队大化所刘中民院士团队、陕西延长石油（集团）有限责任公司合作，建成了世界首套煤经合成气直接制低碳烯烃OXZEO-TO创新技术的千吨级工业试验装置，并于2020年9月顺利完成了试验。

该工作中，该团队围绕合成气转化OXZEO对产物选择性的调控原理，发现了ZnCrOx-SAPO-17双功能催化剂在合成气转化过程中的诱导期现象，SAPO-17分子筛笼的动态限域作用对于产物选择性的调变作用，使乙烯选择性从初始的19%增加到44%，而C4+选择性从39%降低到9%。系列表征结果表明，分子筛笼对碳物种具有限域作用，且碳物种随着反应时间发生演化，导致有效利用空间减小，从而阻碍分子的扩散传质，对于尺寸相对较小的C2分子扩散影响较小，而尺寸相对较大的C4分子扩散影响较大。此外，有效空间的缩小进一步抑制乙烯二次反应。因此，诱导期内，乙烯和丙烯选择性逐渐增加；诱导期结束后，尽管分子筛大部分微孔被占据（93%），但是催化剂并不失活，而是稳定运行，其中乙丙烯选择性达到75%，明显高于由SAPO-18或者SAPO-34构成的双功能OXZEO催化剂上的乙丙烯选择性。

这种分子筛动态限域作用具有一定普适性，这些认识对于未来指导设计更高效催化剂具有重要的指导作用。