近日，中國科學院大連化學物理研究所甲醇制烯烴國家工程實驗室院士劉中民、研究員魏迎旭、研究員徐舒濤團隊，與中科院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院研究員鄭安民團隊合作，在甲醇制烯烴初始C-C鍵生成機理研究方面取得新進展，揭示了甲醇制烯烴反應中C-C鍵的生成機理。
原位固體核磁共振技術與從頭計算分子動力學（AIMD）理論模擬結合，動態(tài)可視化地展示了MTO反應中初始C-C鍵的生成演變過程
作為重要的煤化工過程，甲醇制烯烴（MTO）是C1化學的重要反應。在這個反應中，從C1物種甲醇或者二甲醚生成第一個C-C鍵的反應機理一直是C1化學中極具挑戰(zhàn)性和爭議性的課題。由于轉化發(fā)生在反應的最初始階段難以捕獲中間物種，一直以來缺乏直接證據解釋反應機理。團隊在前期的工作中實現了原位觀測MFI結構ZSM-5分子篩上催化C1物種生成的類亞甲氧基（methyleneoxy analogue）物種，由此獲取了C1物種活化生成第一個C-C鍵的直接譜學證據（Angew. Chem. Int. Ed. ，2017）。
本工作中，團隊進一步研究了八元環(huán)CHA籠結構分子篩SSZ-13催化甲醇轉化反應初始階段C-C鍵的形成機理：通過原位（in situ）固體核磁共振技術，實現了催化劑表面C1反應物（甲醇和二甲醚）、C1反應中間體（甲氧基和三甲基氧鎓離子）、C1物種活化態(tài)（類亞甲氧基物種）的觀測；特別是首次在真實MTO反應過程中實現了初始烯烴前驅體（表面乙氧基）的捕獲，由此構成了從C1反應物出發(fā)生成初始C-C鍵的完整反應鏈條。此外，團隊還采用從頭計算分子動力學（AIMD）技術，理論模擬了由甲醇/二甲醚和甲氧基/三甲基氧鎓離子出發(fā)形成C-C鍵的反應路徑，并可視化地再現了反應歷程。綜合實驗證據和理論計算結果，團隊建立了完整可行的表面甲氧基/三甲基氧鎓離子與分子篩骨架氧協(xié)同活化甲醇/二甲醚并生成初始C-C鍵的直接反應機理。該工作不僅完善了MTO反應機理，也豐富了C1催化化學的基本理論。
相關研究成果以“The First Carbon-carbon Bond Formation Mechanism in Methanol-to-hydrocarbons Process over Chabazite Zeolite”為題，于近日發(fā)表在《化學》（Chem）上。 該工作的第一作者是大連化物所2015級博士研究生孫毯毯和中科院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院博士陳偉。上述工作得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、興遼英才計劃等項目的支持。
