中国科学院大连化学物理研究所的合成气制烯烃双功能催化剂研究获进展

近日，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队首次报道了ZnCrOx-SAPO-17双功能催化剂在合成气转化过程中的诱导期现象，并揭示SAPO-17笼的动态限域效应对产物选择性的调控原理。相关研究成果发表于《国家科学评论》杂志。

金属氧化物和分子筛耦合的双功能催化剂(OXZEO)可实现合成气高选择性制备低碳烯烃、芳烃和汽油等高附加值化学品及燃料，其中分子筛孔道的择形作用在调控产物选择性方面可发挥重要作用，但目前的研究主要集中在稳态反应阶段分子筛的择形效应。

该研究团队围绕合成气转化OXZEO对产物选择性的调控原理，发现ZnCrOx-SAPO-17双功能催化剂在合成气转化过程中的诱导期现象，SAPO-17分子筛笼的动态限域作用使乙烯选择性从19%增至44%；而C4+选择性从39%降至9%，反应22 h后，催化剂性能趋于稳定。

该研究团队对诱导期内不同反应时间下的催化剂进行研究，发现金属氧化物无明显变化，而分子筛有明显变化。表征结果显示，分子筛笼对碳物种具有限域作用，碳物种随反应时间发生演化，其分子尺寸及含量随反应时间增大增多，减少了分子筛笼内有效利用空间，导致分子传质扩散受到不同程度阻碍。尺寸相对较小的C2分子扩散影响较小，而分子尺寸相对较大的C4分子的扩散阻力明显增加。此外，有效空间的缩小进一步抑制乙烯二次反应，诱导期内乙烯和丙烯选择性逐渐增加，而分子尺寸较大的丁烯及C5+选择性降低。诱导期结束后，尽管分子筛大部分微孔被占据(93%)，但催化剂并未失活，而是稳定运行，其中乙烯、丙烯总选择性达到75%，明显高于由SAPO-18或者SAPO-34构成的双功能催化剂上乙烯、丙烯的总选择性。

该研究对分子筛动态限域作用在其他领域的应用以及设计高效催化剂具有借鉴意义。