中國科學院大連化學物理研究所的合成氣制烯烴雙功能催化劑研究獲進展

近日，中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊首次報道了ZnCrOx-SAPO-17雙功能催化劑在合成氣轉化過程中的誘導期現象，并揭示SAPO-17籠的動態限域效應對產物選擇性的調控原理。相關研究成果發表于《國家科學評論》雜志。

金屬氧化物和分子篩耦合的雙功能催化劑(OXZEO)可實現合成氣高選擇性制備低碳烯烴、芳烴和汽油等高附加值化學品及燃料，其中分子篩孔道的擇形作用在調控產物選擇性方面可發揮重要作用，但目前的研究主要集中在穩態反應階段分子篩的擇形效應。

該研究團隊圍繞合成氣轉化OXZEO對產物選擇性的調控原理，發現ZnCrOx-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分子篩籠的動態限域作用使乙烯選擇性從19%增至44%；而C4+選擇性從39%降至9%，反應22 h后，催化劑性能趨于穩定。

該研究團隊對誘導期內不同反應時間下的催化劑進行研究，發現金屬氧化物無明顯變化，而分子篩有明顯變化。表征結果顯示，分子篩籠對碳物種具有限域作用，碳物種隨反應時間發生演化，其分子尺寸及含量隨反應時間增大增多，減少了分子篩籠內有效利用空間，導致分子傳質擴散受到不同程度阻礙。尺寸相對較小的C2分子擴散影響較小，而分子尺寸相對較大的C4分子的擴散阻力明顯增加。此外，有效空間的縮小進一步抑制乙烯二次反應，誘導期內乙烯和丙烯選擇性逐漸增加，而分子尺寸較大的丁烯及C5+選擇性降低。誘導期結束后，盡管分子篩大部分微孔被占據(93%)，但催化劑并未失活，而是穩定運行，其中乙烯、丙烯總選擇性達到75%，明顯高于由SAPO-18或者SAPO-34構成的雙功能催化劑上乙烯、丙烯的總選擇性。

該研究對分子篩動態限域作用在其他領域的應用以及設計高效催化劑具有借鑒意義。