近日，中(zhong)科(ke)院(yuan)大連(lian)化物(wu)所(suo)劉(liu)中民院(yuan)士、魏(wei)迎(ying)旭(xu)研(yan)究員團(tuan)隊(dui)在(zai)甲醇制(zhi)烯(xi)烴(ting)反應(ying)積(ji)碳失(shi)活機理方(fang)面取得(de)新進(jin)展(zhan)，發(fa)現(xian)籠結(jie)構分(fen)子篩催(cui)化甲(jia)醇轉(zhuan)化積(ji)碳跨籠生(sheng)長(chang)機(ji)制(zhi)。

分(fen)子篩催(cui)化的(de)石油(you)化工(gong)（催(cui)化裂(lie)化、異(yi)構(gou)化等）和(he)煤化工(gong)（甲(jia)醇制(zhi)烯(xi)烴(ting)、合(he)成(cheng)氣(qi)轉(zhuan)化等）等工業(ye)過(guo)程(cheng)在(zai)國民經(jing)濟中具(ju)有重(zhong)要(yao)地(di)位(wei)，因(yin)其(qi)酸(suan)催(cui)化特(te)征(zheng)，催(cui)化劑(ji)因(yin)積(ji)碳而失(shi)活是(shi)普遍(bian)現(xian)象。需要(yao)對(dui)催(cui)化劑(ji)不(bu)斷(duan)燒(shao)炭(tan)再生(sheng)才(cai)能(neng)維(wei)持其(qi)活(huo)性(xing)，以(yi)實現(xian)裝(zhuang)置(zhi)的(de)長(chang)周(zhou)期操(cao)作(zuo)。雖然(ran)分子(zi)篩催(cui)化劑(ji)積(ji)碳失(shi)活問題壹直受到廣泛(fan)的(de)重(zhong)視(shi)，但如(ru)何(he)使催(cui)化劑(ji)避(bi)免積(ji)碳仍(reng)然(ran)是(shi)壹項(xiang)長(chang)遠(yuan)的(de)科(ke)學(xue)挑(tiao)戰(zhan)。要(yao)解(jie)決(jue)這壹難題，需要(yao)對(dui)催(cui)化劑(ji)積(ji)碳失(shi)活的(de)機(ji)理有深入(ru)的(de)了(le)解(jie)。目前(qian)，文獻對(dui)分(fen)子篩積(ji)碳的(de)認(ren)知(zhi)歸(gui)納(na)為分子篩內(nei)部簡單的(de)稠(chou)環芳烴(ting)物(wu)種或分子(zi)篩外表面生成(cheng)的(de)石墨(mo)化的(de)積(ji)碳，難以關聯出確切的(de)積(ji)碳演變途(tu)徑。從分(fen)子水平對(dui)積(ji)碳物種結(jie)構(gou)進(jin)行(xing)全譜圖(tu)解(jie)析(xi)並(bing)跟(gen)蹤(zong)積(ji)碳物種的(de)演(yan)變(bian)對(dui)積(ji)碳失(shi)活和(he)催(cui)化劑(ji)再生(sheng)過(guo)程(cheng)具(ju)有重(zhong)要(yao)現(xian)實意義(yi)。

該(gai)項(xiang)研(yan)究中(zhong)，研(yan)究團(tuan)隊(dui)結合(he)甲(jia)醇轉(zhuan)化為(wei)烯(xi)烴(ting)反應(ying)，利(li)用高分(fen)辨質譜(pu)與同(tong)位(wei)素(su)標(biao)記技(ji)術(shu)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)手(shou)段(duan)，配合(he)理論(lun)計(ji)算，成(cheng)功(gong)解析(xi)了(le)之(zhi)前(qian)未(wei)知的(de)高(gao)分(fen)子(zi)量的(de)復(fu)雜(za)積(ji)碳分子結(jie)構(gou)，系統研(yan)究了(le)積(ji)碳生長過(guo)程(cheng)中(zhong)初始(shi)積(ji)碳基元物種(zhong)在分(fen)子(zi)篩籠(long)間(jian)的(de)交(jiao)聯(lian)生(sheng)長(chang)過(guo)程(cheng)，給出了相(xiang)對(dui)完(wan)整的(de)甲(jia)醇制(zhi)烯(xi)烴(ting)反應(ying)積(ji)碳演變路(lu)徑(jing)：SAPO-34分(fen)子篩籠(long)內(nei)活(huo)性烴(ting)池(chi)物種逐步(bu)擴(kuo)環、稠環化生(sheng)成(cheng)3至(zhi)4個(ge)環的(de)積(ji)碳前(qian)軀體(ti)，隨(sui)後這(zhe)些積(ji)碳結構基(ji)元通(tong)過(guo)共價(jia)鍵(jian)跨(kua)籠(long)交(jiao)聯(lian)，形(xing)成(cheng)多核(he)、類(lei)納(na)米(mi)石墨(mo)烯(xi)結構(gou)的(de)稠(chou)環芳烴(ting)物(wu)種。這類跨(kua)籠(long)交(jiao)聯(lian)的(de)稠(chou)環芳烴(ting)物(wu)種嚴重(zhong)阻礙(ai)反應(ying)傳(chuan)質(zhi)，導致(zhi)催(cui)化劑(ji)失(shi)活。隨(sui)後的(de)拓(tuo)展(zhan)研(yan)究發(fa)現(xian)，跨籠(long)積(ji)碳失(shi)活行為在(zai)其(qi)他籠結(jie)構分(fen)子(zi)篩催(cui)化體(ti)系也普(pu)遍存在(zai)。

研(yan)究人員介(jie)紹，跨(kua)籠(long)積(ji)碳失(shi)活機制的(de)發(fa)現(xian)不僅(jin)會推動(dong)甲(jia)醇轉(zhuan)化網(wang)絡(luo)、籠控制原理等甲醇轉(zhuan)化反應(ying)基(ji)礎(chu)原理的(de)深(shen)入(ru)研(yan)究，也(ye)會為高效催(cui)化劑(ji)的(de)設(she)計(ji)和(he)工業(ye)失(shi)活催(cui)化劑(ji)的(de)燒(shao)炭(tan)再生(sheng)工(gong)藝優化提供理論(lun)參考。

相關研(yan)究成(cheng)果近日發(fa)表在(zai)《自然(ran)-通(tong)訊》雜(za)誌。該工(gong)作(zuo)得(de)到了(le)國(guo)家(jia)自然(ran)科學(xue)基金項(xiang)目、中(zhong)科(ke)院(yuan)前(qian)沿重(zhong)點(dian)課(ke)題項(xiang)目和(he)中國(guo)科學(xue)院對(dui)外合(he)作(zuo)重(zhong)點(dian)項(xiang)目等的(de)支(zhi)持(chi)。