86-0411-85765886
近日，中(zhong)國(guo)科(ke)學院(yuan)大連化學物(wu)理研(yan)究所(suo)（以(yi)下(xia)簡(jian)稱“大連化物(wu)所(suo)”）低碳催化(hua)與工(gong)程(cheng)研(yan)究部(bu)（DNL12）劉中民(min)院(yuan)士、葉(ye)茂(mao)研(yan)究員(yuan)、魏(wei)迎(ying)旭研(yan)究員(yuan)、田(tian)鵬研(yan)究員(yuan)團隊(dui)，受邀發(fa)表了甲醇制烯(xi)烴領(ling)域(yu)Perspective評述文章，系(xi)統(tong)總結了團隊(dui)理解(jie)和(he)調控甲醇制烯(xi)烴動態(tai)復(fu)雜催(cui)化體系(xi)的(de)觀點(dian)和(he)研(yan)究成(cheng)果(guo)，包括動態(tai)催(cui)化(hua)原理的提(ti)出(chu)和(he)定量模(mo)型的(de)凝(ning)練(lian)，以(yi)及(ji)其(qi)與(yu)新(xin)壹(yi)代甲醇制烯(xi)烴（DMTO-III）技術(shu)的(de)內在(zai)聯系(xi)。
甲醇制烯(xi)烴（MTO）已成(cheng)為(wei)非石油(you)資(zi)源(yuan)轉化(hua)利用(yong)的(de)典範，促進了烯(xi)烴原(yuan)料(liao)多元化發(fa)展，同時(shi)彰顯了甲醇作為(wei)核(he)心(xin)C1平臺(tai)化(hua)合物(wu)在(zai)推(tui)動形(xing)成(cheng)煤(mei)制(zhi)烯(xi)烴新(xin)興戰(zhan)略(lve)產業(ye)中(zhong)的(de)關(guan)鍵作用，未(wei)來(lai)也可與綠(lv)氫(qing)結(jie)合(he)，用於低碳化的(de)煤(mei)制(zhi)烯(xi)烴產業(ye)。 在(zai)C1化(hua)學和(he)多相(xiang)催(cui)化領(ling)域(yu)眾多研(yan)究者的不懈努力(li)下(xia)，分(fen)子(zi)篩催化(hua)甲醇轉化基(ji)本原(yuan)理和(he)過(guo)程(cheng)得(de)到(dao)了廣泛(fan)而(er)深(shen)入(ru)的(de)研(yan)究，同時(shi)也越發(fa)認識(shi)到MTO反應(ying)體系(xi)的(de)復(fu)雜性。在(zai)整(zheng)個(ge)MTO領(ling)域(yu)研(yan)究中(zhong)，始(shi)終(zhong)面臨著分(fen)子(zi)篩催化(hua)甲醇轉化極(ji)具動態(tai)性且復(fu)雜性的催化反(fan)應體(ti)系(xi)所(suo)帶來(lai)的諸(zhu)多難題。深(shen)入(ru)理解(jie)完(wan)整(zheng)真實的MTO動態(tai)復(fu)雜體(ti)系(xi)的(de)催化原理並(bing)實現反應定向(xiang)調控壹(yi)直是學術(shu)界(jie)和(he)工(gong)業(ye)界(jie)持續努力(li)的目(mu)標(biao)，是實現MTO原理發(fa)展和(he)工(gong)業(ye)技(ji)術(shu)叠(die)代創新(xin)必(bi)須克(ke)服(fu)的挑戰(zhan)。
自20世(shi)紀(ji)80年代(dai)起(qi)，大連化物(wu)所(suo)在(zai)甲醇制烯(xi)烴領(ling)域(yu)連續(xu)近40年的(de)研(yan)發(fa)工(gong)作(zuo)中(zhong)，始(shi)終堅持且實現了基礎(chu)研(yan)究與(yu)過(guo)程(cheng)開發(fa)相互(hu)促進(jin)、相繼突破。低碳催化(hua)與工(gong)程(cheng)研(yan)究團隊(dui)基於對MTO動態(tai)復(fu)雜催(cui)化體系(xi)的(de)認識(shi)和(he)調控，通(tong)過機理和(he)模(mo)型支(zhi)撐(cheng)DMTO技(ji)術(shu)持續創新(xin)，在(zai)完(wan)成(cheng)世(shi)界(jie)首創DMTO技(ji)術(shu)工(gong)業(ye)化(hua)的(de)基礎上，形(xing)成(cheng)了DMTO-II、DMTO-III系(xi)列技術(shu)，相(xiang)繼實現工(gong)業(ye)化(hua)。截(jie)至目前(qian)，DMTO系(xi)列技術(shu)已實現技術(shu)許(xu)可(ke)36套，投(tou)產20套工(gong)業(ye)裝(zhuang)置(zhi)，引領(ling)了煤(mei)制(zhi)烯(xi)烴產業(ye)快(kuai)速形(xing)成(cheng)與(yu)發(fa)展。
該評述總結了團隊(dui)在(zai)MTO動態(tai)反(fan)應(ying)機理、MTO動態(tai)反(fan)應(ying)-擴散(san)模(mo)型、基(ji)於機理和(he)模(mo)型的(de)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)調控方(fang)面形(xing)成(cheng)的(de)理論(lun)和(he)實踐應(ying)用。在(zai)MTO動態(tai)催(cui)化(hua)學術(shu)方(fang)向(xiang)上的(de)原(yuan)理性認識(shi)包括三(san)部(bu)分：壹(yi)是由活性中心(xin)動態(tai)演(yan)變(bian)更(geng)替(ti)（質(zhi)子(zi)酸位(wei)點(dian)-表面甲氧基-有(you)機物(wu)限(xian)域(yu)分子(zi)篩微(wei)環(huan)境）引導的(de)MTO動態(tai)完(wan)整(zheng)自催化反(fan)應(ying)歷(li)程；二(er)是由明(ming)線和(he)暗線共(gong)同構(gou)建的MTO動態(tai)復(fu)雜反(fan)應網(wang)絡；三(san)是MTO反應-擴散(san)-催化劑（積碳修飾(shi)）多尺(chi)度(du)動態(tai)交(jiao)互(hu)作用(yong)機制(zhi)（Cross-Talk in MTO）。同時(shi)，該評述總結凝練(lian)了MTO動態(tai)過(guo)程(cheng)定量模(mo)型，包括反(fan)應(ying)動力(li)學模(mo)型、客體分子(zi)擴散(san)模(mo)型、多尺(chi)度(du)反(fan)應(ying)-擴散(san)模(mo)型和(he)反(fan)應(ying)器(qi)積碳分布(bu)模(mo)型。進(jin)壹(yi)步(bu)，該評述提煉出通(tong)過整(zheng)合(he)動態(tai)催(cui)化(hua)原理、反應(ying)擴散(san)模(mo)型和(he)積碳動力(li)學，實現機理和(he)模(mo)型共(gong)同驅動的(de)MTO過(guo)程(cheng)調控。MTO動態(tai)催(cui)化(hua)原理、定量模(mo)型、基(ji)於機理和(he)模(mo)型的(de)過(guo)程(cheng)調控機制(zhi)，構(gou)成(cheng)了MTO動態(tai)復(fu)雜催(cui)化體系(xi)的(de)核(he)心(xin)理論(lun)，對動態(tai)復(fu)雜反(fan)應體系(xi)的(de)分子(zi)篩催化(hua)理論(lun)發(fa)展具有(you)重要(yao)意(yi)義(yi)。最後(hou)，該評述認為(wei)未(wei)來(lai)應結合人(ren)工(gong)智能(neng)和(he)數(shu)據科(ke)學，持續深(shen)化(hua)對MTO動態(tai)復(fu)雜催(cui)化體系(xi)的(de)研(yan)究。
劉中民(min)團隊(dui)長期(qi)從事甲醇制烯(xi)烴領(ling)域(yu)研(yan)究，致(zhi)力(li)於建立MTO催化(hua)原理同時(shi)實現DMTO技術(shu)持續創新(xin)。近(jin)年來(lai)在(zai)MTO反(fan)應機理，包括第壹(yi)個(ge)C-C鍵生(sheng)成(cheng)直(zhi)接機理（Angew. Chem. Int. Ed.，2017；ACS Catal.，2018；Chem，2021；ACS Cent. Sci.，2021；Acc. Chem. Res.，2023）、碳正(zheng)離子(zi)捕(bu)捉和(he)烯(xi)烴生(sheng)成(cheng)間接機理（J. Am. Chem. Soc.，2012；Angew. Chem. Int. Ed.，2013；ACS Catal.，2019；ACS Catal.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2024）、積碳失(shi)活機理（J. Catal.，2018；Nat. Commun.，2020；J. Energy. Chem.，2023）、完(wan)整(zheng)動態(tai)自(zi)催(cui)化反應(ying)機理（J. Am. Chem. Soc.，2021；Chem Catal.，2023）、反應(ying)網(wang)絡（Chinese J. Catal.，2023；Chem. Eng. Sci.，2024）、反(fan)應擴散(san)機理（J. Catal.，2019；ACS Catal.，2020）、籠(long)控(kong)制擇形(xing)催化原(yuan)理（ACS Catal.，2015；ACS Catal.，2018；AlChE J.，2023；Natl. Sci. Rev.，2023）、擴散(san)-反應-催化劑多尺(chi)度(du)動態(tai)交(jiao)互(hu)作用(yong)機制(zhi)（Natl. Sci. Rev.，2022）；MTO反(fan)應過(guo)程定量描述模(mo)型，包括客體分子(zi)傳質(zhi)表面阻(zu)力(li)與晶(jing)內擴散(san)解(jie)耦(ou)定量模(mo)型（Commun. Chem.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；AlChE J.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2022；AlChE J.，2023）、反(fan)應(ying)動力(li)學模(mo)型（Chem. Eng. Res. Des.，2015；Chem. Eng. J.，2017；AlChE J.，2019）、多尺(chi)度(du)反(fan)應(ying)-擴散(san)模(mo)型（Chem. Eng. Sci.，2016；Chem. Eng. J.，2019；Nat. Commun.，2020）、反(fan)應(ying)器(qi)內催(cui)化(hua)劑積碳分布(bu)模(mo)型（AlChE J.，2019）；MTO反(fan)應(ying)調控（J. Catal.，2019；Nat. Commun.，2021；Chem Catal.，2024）等(deng)方(fang)面取得(de)了系(xi)列研(yan)究成(cheng)果(guo)。
該邀請(qing)評(ping)述以(yi)“Methanol to Olefins (MTO):Understanding and Regulating Dynamic Complex Catalysis”為(wei)題，發(fa)表在(zai)《美(mei)國(guo)化學會誌(zhi)》（Journal of the American Chemical Society）上(shang)。該工(gong)作(zuo)第壹(yi)作者是大連化物(wu)所(suo)DNL1201組林杉帆副(fu)研(yan)究員(yuan)和(he)DNL1206組李(li)華研(yan)究員(yuan)。上(shang)述工(gong)作(zuo)得(de)到(dao)國(guo)家(jia)自(zi)然(ran)科學基金委“分子(zi)篩催化(hua)材料(liao)的分子(zi)工(gong)程(cheng)學”基礎(chu)科(ke)學中心(xin)項(xiang)目(mu)、國(guo)家(jia)自(zi)然(ran)科學基金委“甲醇及其耦(ou)合反(fan)應(ying)催化原理及新(xin)過(guo)程(cheng)應用”重(zhong)大項目、中國科(ke)學院(yuan)A類先導專(zhuan)項(xiang)“變(bian)革(ge)性潔(jie)凈能(neng)源(yuan)關(guan)鍵技術(shu)與(yu)示(shi)範”等(deng)項(xiang)目的(de)資(zi)助。（文(wen)/圖 林杉帆、李(li)華）
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