近日，中國科學院大連化學物理研究所碳基能源納米材料研究組中科院院士包信和、研究員潘秀蓮、副研究員焦峰團隊，在合成氣催化轉化研究方面取得新進展，發現了合成氣轉化中分子篩動态限域作用，并揭示了其對産物選擇性的調控原理。

該團隊于2016年提出金屬氧化物和分子篩耦合的雙功能OXZEO催化劑設計概念，實現了高選擇性地生成C₂=-C₄=低碳烯烴（Science）。此後，團隊就金屬氧化物和分子篩催化作用原理、雙功能匹配耦合機制開展研究，取得系列進展（Angew. Chem. Int. Ed.、Angew. Chem. Int. Ed.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、ACS Energy Lett.）。OXZEO技術為煤、天然氣、二氧化碳的資源化利用提供了新技術平台，并受到關注（Chem. Rev.）。此外，該團隊與大連化物所劉中民院士團隊等合作，建成世界首套煤經合成氣直接制低碳烯烴OXZEO^®-TO創新技術的千噸級工業試驗裝置，并于2020年9月完成試驗。

本工作圍繞合成氣轉化OXZEO對産物選擇性的調控原理，發現了ZnCrO_x-SAPO-17雙功能催化劑在合成氣轉化過程中的誘導期現象；SAPO-17分子篩籠的動态限域作用對于産物選擇性的調變作用，使乙烯選擇性從初始的19%增加到44%，而C₄ 選擇性從39%降低到9%。系列表征結果表明，分子篩籠對碳物種具有限域作用，且碳物種随着反應時間發生演化，導緻有效利用空間減小，從而阻礙分子的擴散傳質，對于尺寸相對較小的C₂分子擴散影響較小，而尺寸相對較大的C₄分子擴散影響較大。此外，有效空間的縮小進一步抑制乙烯二次反應。因此，誘導期内，乙烯和丙烯選擇性逐漸增加；誘導期結束後，盡管分子篩大部分微孔被占據（93%），但催化劑并不失活，而是穩定運行，其中乙丙烯選擇性達到75%，明顯高于由SAPO-18或者SAPO-34構成的雙功能OXZZEO催化劑上的乙丙烯選擇性。這種分子篩動态限域作用具有一定普适性，這些認識對于未來指導設計更高效催化劑具有重要的指導作用。

相關研究成果以Dynamic Confinement of SAPO-17 Cages on the Selectivity Control of Syngas Conversion為題，發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（A類）“變革性潔淨能源關鍵技術與示範”、中科院青年創新促進會、大連市科技創新基金、遼甯省自然科學基金等的支持。

大連化物所揭示分子篩動态限域作用對合成氣轉化選擇性的調控原理

來源：中國科學院大連化學物理研究所

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!