近日，大連(lian)化(hua)物所(suo)甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)國(guo)家(jia)工程實(shi)驗(yan)室(shi)葉茂研究(jiu)員(yuan)、劉(liu)中(zhong)民(min)院(yuan)士團隊(dui)和分子(zi)探針與(yu)熒(ying)光成像(xiang)研究(jiu)組（1818組）徐兆超研究(jiu)員(yuan)團隊(dui)合(he)作，采用(yong)多尺(chi)度反應-擴(kuo)散(san)模型與超分(fen)辨結構照明成像(xiang)技(ji)術結合，實(shi)現(xian)了甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)工業級(ji)別(bie)SAPO-34分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體內反應與擴(kuo)散(san)過(guo)程(cheng)成(cheng)像，可以直(zhi)觀(guan)獲取(qu)反應過程中客體分子(zi)、積(ji)碳(tan)物種以及酸性(xing)位點的時空(kong)分布(bu)與演(yan)化(hua)。

甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)打(da)通了(le)煤(mei)、天然氣以及生物質(zhi)等(deng)非(fei)石(shi)油(you)原(yuan)料(liao)生(sheng)產(chan)低碳(tan)烯(xi)烴的技(ji)術路(lu)線(xian)，已(yi)經成為(wei)我(wo)國乙(yi)烯(xi)丙烯等(deng)大(da)宗(zong)化(hua)學品(pin)的重(zhong)要生產(chan)方式。甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)反應采用(yong)的分子(zi)篩(shai)催(cui)化(hua)劑，由於獨(du)特(te)的孔道(dao)結構限(xian)制(zhi)了(le)分(fen)子(zi)傳(chuan)質(zhi)，使得(de)其在實(shi)現較(jiao)高低碳(tan)烯(xi)烴選擇性(xing)的同時也加(jia)快(kuai)了(le)催(cui)化(hua)劑積(ji)碳(tan)失(shi)活(huo)。因此，獲取(qu)分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體內由於傳(chuan)質(zhi)限(xian)制(zhi)導致的反應物和產(chan)物的時空(kong)非均(jun)勻分布(bu)，對(dui)於理(li)解(jie)催化(hua)劑積(ji)碳(tan)失(shi)活(huo)機理(li)具(ju)有重(zhong)要意(yi)義。目前(qian)常用(yong)的時空(kong)分辨(bian)光譜(pu)成(cheng)像技(ji)術很(hen)難(nan)同(tong)時獲取(qu)催(cui)化(hua)過程中(zhong)分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體內反應物和產(chan)物分(fen)子(zi)、積(ji)碳(tan)物種以及酸性(xing)位點的完(wan)整(zheng)時空(kong)演化(hua)信(xin)息(xi)。

葉茂、劉(liu)中(zhong)民(min)團(tuan)隊(dui)對(dui)甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)過(guo)程進行(xing)了(le)深入研究(jiu)，發展(zhan)了基(ji)於雙(shuang)環反應機理(li)的反應動力(li)學（Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2017.04.041；AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16439），並(bing)提(ti)出(chu)了(le)分子(zi)篩(shai)晶(jing)體中分(fen)子(zi)擴(kuo)散(san)的定量(liang)描述(shu)方法（Communication Chemistry, DOI: 10.1038/s42004-019-0144-1; AIChE Journal, DOI: 10.1002/aic.16991），據(ju)此建立了(le)分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體尺度和催化(hua)劑顆粒(li)尺(chi)度的多尺(chi)度反應-擴(kuo)散(san)模型（Chemical Engineering Science, DOI: 10.1016/j.ces.2016.03.004；Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2018.08.054）。

最近，該(gai)團隊(dui)將(jiang)多尺(chi)度反應-擴(kuo)散(san)模型與超分(fen)辨結構照明成像(xiang)相結合，實(shi)現(xian)了甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)工業級(ji)別(bie)SAPO-34分(fen)子(zi)篩(shai)晶(jing)體內反應與擴(kuo)散(san)過(guo)程(cheng)成(cheng)像，可直(zhi)接(jie)獲取(qu)反應中反應物和產(chan)物分(fen)子(zi)、積(ji)碳(tan)物種以及酸性(xing)位點的時空(kong)分布(bu)與演(yan)化(hua)。研究(jiu)發現(xian)，在甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)過(guo)程中，分子(zi)篩(shai)的晶體粒(li)度可以改(gai)變(bian)活(huo)性(xing)中(zhong)間體（芳烴(ting)烴(ting)池(chi)物種）的空(kong)間初(chu)始落位，直(zhi)接(jie)決(jue)定客體分子(zi)與催化(hua)劑中酸(suan)性(xing)位點以及活(huo)性(xing)中(zhong)間體的可接(jie)觸性(xing)和利用(yong)率，從(cong)而(er)對(dui)甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)宏觀反應性(xing)能(neng)產(chan)生顯(xian)著影響(xiang)。該(gai)方法還被(bei)進壹(yi)步(bu)用(yong)於定量(liang)描述(shu)甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)過(guo)程分子(zi)篩(shai)催(cui)化(hua)劑快速(su)失(shi)活(huo)的過程。該(gai)研究(jiu)實現(xian)了介(jie)尺度模型和時空(kong)分辨(bian)光譜(pu)技(ji)術的結合，不(bu)僅(jin)能夠促(cu)進理(li)解(jie)甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)過(guo)程分子(zi)篩(shai)催(cui)化(hua)劑反應擴(kuo)散(san)歷(li)程(cheng)，對(dui)分(fen)子(zi)篩(shai)催(cui)化(hua)劑設計(ji)和甲醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴(ting)工藝過程(cheng)優化(hua)具有重(zhong)要意(yi)義，同時為研究(jiu)非均(jun)相催(cui)化(hua)反應中分子(zi)篩(shai)晶(jing)體中客體分子(zi)時空(kong)演化(hua)行(xing)為(wei)提(ti)供了(le)新(xin)思(si)路。