近日,中國科學院大連化學物理研究所的研究團隊在甲醇制烯烴(MTO)初始C-C鍵生成機理研究中取得進展,揭示了MTO反應中C-C鍵的生成機理。相關研究成果發(fā)表于《化學》雜志。
MTO是C1化學的重要反應,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。
該研究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。并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軀體(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,該研究團隊還采用分子動力學(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,并可視化再現了反應歷程。綜合實驗證據和理論計算結果,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。該工作完善了MTO反應機理,豐富了C1催化化學的基本理論。