大连化物所提出甲醇甲苯耦合反应体系组合调控策略实现高选择性对二甲苯和低碳烯烃联产

近日，中国科学院大连化学物理研究所低碳催化与工程研究部工程院院士刘中民、研究员魏迎旭、研究员于政锡、副研究员韩晶峰等在分子筛催化耦合反应体系反应机理和产物分布调控方面取得新进展。

分子筛择形催化是主客体化学的一个成功案例。分子筛催化甲醇转化过程提供了一种从非石油资源制造基本石化产品的替代途径，目前，由甲醇高选择性地有效转化制取烯烃、芳烃、汽油等产品的过程已经成功工业化。

本工作中，团队在对甲醇制烯烃过程的深刻认识基础上，建立甲醇甲苯耦合反应体系，并对该体系的反应机理进行了深入研究。通过多种实验和表征手段，团队揭示并优化了甲苯对反应体系的调控作用。研究发现，反应物甲苯的引入可形成由低甲基取代苯、亚甲基环戊/环己二烯，以及它们的质子化产物组成的流动芳烃烃池，调控甲醇转化反应路径倾向于生成乙烯。在此基础上，团队结合理论计算，建立了完整的甲醇甲苯耦合反应网络。此外，团队利用联合改性策略，在分子筛外表面构筑了具有强化扩散通路的外延生长/沉积壳层，覆盖外表面酸中心，抑制副反应并增强目标产物和副产物扩散差异，实现对二甲苯高选择性生产的同时保持优异的反应物活性。

本工作通过组合调控策略，对产物烯烃、芳烃选择性进行同时调控，实现了在单一分子筛床层上高选择性生产乙烯、丙烯、对二甲苯等高附加值产品。其中乙烯、丙烯可以进一步生产聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），而乙烯下游产物乙二醇（EG）和对二甲苯下游产物精对苯二甲酸（PTA）可以进一步生产聚酯（PET）。这种高效的耦合路线对聚烯烃和聚酯工业的原料合成具有重要的指导意义，同时组合调控策略的建立为复杂催化过程中多种目标化学品的联合生产提供了模型案例，基于此策略的甲醇耦合工业示范装置正在建设中，将有望在大规模的甲醇耦合工业过程中得到推广和应用。

相关成果以“Combined Strategies Enable Highly Selective Light Olefins and para-Xylene Production on Single Catalyst Bed”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，该工作的第一作者是大连化物所博士研究生吴一墨。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院A类先导专项“煤炭清洁燃烧与低碳利用”、中国科学院青促会等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c12087