近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所甲醇制烯烴國家工程實驗室研究員葉茂、副研究員李華、院士劉中民團隊在分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)研究中取得新進展，通過控制SAPO-34分子篩的表面阻力，實現(xiàn)了對甲醇制烯烴（MTO）反應(yīng)的催化壽命以及低碳烯烴選擇性的調(diào)控。
分子篩因其優(yōu)異的擇形選擇性而被廣泛應(yīng)用于多相催化與氣體分離等領(lǐng)域。近期研究表明，分子篩晶體內(nèi)部擴散阻力和表面阻力是客體分子傳質(zhì)阻力的兩個重要來源。目前，分子篩的傳質(zhì)研究往往聚焦于晶體內(nèi)部的自擴散，而客體分子的表面擴散行為卻常被忽視。表面阻力與晶體表面特征相關(guān)，很多過程中客體分子表面阻力被認為是分子篩傳質(zhì)的主導(dǎo)因素。但是，定量描述分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)阻力對催化反應(yīng)的影響，以及通過直接控制表面阻力來調(diào)控分子篩催化性能仍是催化反應(yīng)工程研究的一個重要挑戰(zhàn)。
大連化物所實現(xiàn)控制分子篩表面?zhèn)髻|(zhì)阻力調(diào)控甲醇制烯烴反應(yīng)
該團隊利用化學(xué)液相沉積法與酸蝕技術(shù)修飾了SAPO-34分子篩的晶體外表面。根據(jù)前期所提出的表面滲透率公式，該團隊直接測定了修飾前后的分子篩的表面滲透率，定量得到了分子篩的表面?zhèn)髻|(zhì)阻力。與此同時，采用該方法修飾分子篩外表面過程中，分子篩形貌、內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)、酸性質(zhì)與晶內(nèi)擴散性質(zhì)幾乎不變。研究發(fā)現(xiàn)，控制相關(guān)客體分子在分子篩晶體上的表面?zhèn)髻|(zhì)能力，降低其表面阻力，有助于加快客體分子進出分子篩晶體，最終實現(xiàn)延長分子篩壽命，提高低碳烯烴選擇性。
本工作通過定量改變表面阻力來控制MTO催化反應(yīng)的性能，一方面揭示了表面阻力在分子篩催化中具有十分重要的作用，另一方面展示了控制反應(yīng)和擴散這一對介尺度作用機制可直接調(diào)控分子篩催化反應(yīng)性能的新思路。該工作得到了兩個審稿人的高度認可，分別被評價為“Highly important”和“Very important”。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金“多相反應(yīng)過程中的介尺度機制及調(diào)控”重大研究計劃集成項目的資助。
