中国石化上海石油化工研究院的乙烯分子在八元环分子筛中扩散性能研究获进展

近日，中国石化上海石油化工研究院的研究团队采用分子动力学模拟系统研究了甲醇制烯烃(MTO)和合成气直接制烯烃(STO)反应中重要产物乙烯分子在7种代表性笼状结构的八元环分子筛(LEV，CHA，AEI，ERI，AFX，SFW，RHO)中的扩散性能，考察负载量和温度的影响。相关研究成果发表于《无机化学前沿》杂志。

笼状结构的八元环小孔分子筛是MTO和STO技术制备乙烯、丙烯等低碳烯烃的核心催化材料。产物烯烃的选择性与催化反应动力学和扩散动力学紧密关联。分子筛的笼结构影响低碳烯烃的扩散性能，对催化性能的调控起着至关重要的作用。然而目前对相关分子筛的扩散动力学关注较少，八元环小孔分子筛结构与扩散动力学(自扩散系数、能垒和指前因子)之间的潜在定量关系尚不清楚。

该研究团队在计算自扩散系数和扩散自由能的基础上，提出了两个简单的结构描述因子，即小孔八元环分子筛的孔口尺寸和每个硅原子的可接触空间体积，来分别量化乙烯自扩散动力学的活化能和指前因子。乙烯的扩散随着温度和负载量的增加而加快，并且与分子筛结构紧密相关。RHO结构中乙烯扩散最快，而ERI结构中扩散最慢，在较低的温度和负载下，乙烯扩散均方位移(MSD)差异可高达两个数量级。自扩散活化能随八元环孔口直径的增大而线性降低，与乙烯负载量基本无关，按照ERI>LEV>SFW≈AFX>CHA>AEI>RHO的顺序降低。在乙烯负载量与硅原子数比值相同的情况下，自扩散指前因子随着每个硅原子的可接触空间体积的增大而线性增加，自扩散指前因子基本按照ERI≈LEV

该研究从理论上揭示并量化了八元环分子筛中影响乙烯扩散动力学的本征结构特征，提出的结构描述因子和线性关系，可为其他限域体系客体分子扩散研究提供借鉴。