近日，大連化物所碳基能源納米材料研究組（DNL2102組）包信和院士、潘秀蓮研究員、焦峰副研究員（第九批會員）團隊在合成氣催化轉(zhuǎn)化研究方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)了合成氣轉(zhuǎn)化中分子篩動態(tài)限域作用，并揭示了其對產(chǎn)物選擇性的調(diào)控原理。 該團隊于2016年提出金屬氧化物和分子篩耦合的雙功能OXZEO催化劑設(shè)計概念，實現(xiàn)了高選擇性地生成C2=-C4=低碳烯烴（Science，2016）。此后，團隊就金屬氧化物和分子篩催化作用原理、雙功能匹配耦合機制開展研究，取得系列進展（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Nat. Commun.，2022；ACS Energy Lett.，2022）。OXZEO技術(shù)為煤、天然氣、二氧化碳的資源化利用提供了新技術(shù)平臺，受到廣泛關(guān)注和研究（Chem. Rev.，2021）。此外，該團隊與我所劉中民院士團隊、陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司合作，建成了世界首套煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴OXZEO®-TO創(chuàng)新技術(shù)的千噸級工業(yè)試驗裝置，并于2020年9月順利完成了試驗。 
本工作中，該團隊圍繞合成氣轉(zhuǎn)化OXZEO對產(chǎn)物選擇性的調(diào)控原理，發(fā)現(xiàn)了ZnCrOx-SAPO-17雙功能催化劑在合成氣轉(zhuǎn)化過程中的誘導(dǎo)期現(xiàn)象，SAPO-17分子篩籠的動態(tài)限域作用對于產(chǎn)物選擇性的調(diào)變作用，使乙烯選擇性從初始的19%增加到44%，而C4+選擇性從39%降低到9%。系列表征結(jié)果表明，分子篩籠對碳物種具有限域作用，且碳物種隨著反應(yīng)時間發(fā)生演化，導(dǎo)致有效利用空間減小，從而阻礙分子的擴散傳質(zhì)，對于尺寸相對較小的C2分子擴散影響較小，而尺寸相對較大的C4分子擴散影響較大。此外，有效空間的縮小進一步抑制乙烯二次反應(yīng)。因此，誘導(dǎo)期內(nèi)，乙烯和丙烯選擇性逐漸增加；誘導(dǎo)期結(jié)束后，盡管分子篩大部分微孔被占據(jù)（93%），但是催化劑并不失活，而是穩(wěn)定運行，其中乙丙烯選擇性達到75%，明顯高于由SAPO-18或者SAPO-34構(gòu)成的雙功能OXZZEO催化劑上的乙丙烯選擇性。這種分子篩動態(tài)限域作用具有一定普適性，這些認識對于未來指導(dǎo)設(shè)計更高效催化劑具有重要的指導(dǎo)作用。 相關(guān)研究成果以“Dynamic Confinement of SAPO-17 Cages on the Selectivity Control of Syngas Conversion”為題，發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上。該工作的第一作者是我所DNL2102組博士研究生王浩迪。上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院A類先導(dǎo)專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、大連市科技創(chuàng)新基金、遼寧省自然科學(xué)基金等項目的資助。 文章鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac146
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