大連化物所提出甲醇甲苯耦合反應體系組合調控策略實現高選擇性對二甲苯和低碳烯烴聯產

近日，中國科學院大連化學物理研究所低碳催化與工程研究部工程院院士劉中民、研究員魏迎旭、研究員于政錫、副研究員韓晶峰等在分子篩催化耦合反應體系反應機理和產物分布調控方面取得新進展。

分子篩擇形催化是主客體化學的一個成功案例。分子篩催化甲醇轉化過程提供了一種從非石油資源制造基本石化產品的替代途徑，目前，由甲醇高選擇性地有效轉化制取烯烴、芳烴、汽油等產品的過程已經成功工業化。

本工作中，團隊在對甲醇制烯烴過程的深刻認識基礎上，建立甲醇甲苯耦合反應體系，并對該體系的反應機理進行了深入研究。通過多種實驗和表征手段，團隊揭示并優化了甲苯對反應體系的調控作用。研究發現，反應物甲苯的引入可形成由低甲基取代苯、亞甲基環戊/環己二烯，以及它們的質子化產物組成的流動芳烴烴池，調控甲醇轉化反應路徑傾向于生成乙烯。在此基礎上，團隊結合理論計算，建立了完整的甲醇甲苯耦合反應網絡。此外，團隊利用聯合改性策略，在分子篩外表面構筑了具有強化擴散通路的外延生長/沉積殼層，覆蓋外表面酸中心，抑制副反應并增強目標產物和副產物擴散差異，實現對二甲苯高選擇性生產的同時保持優異的反應物活性。

本工作通過組合調控策略，對產物烯烴、芳烴選擇性進行同時調控，實現了在單一分子篩床層上高選擇性生產乙烯、丙烯、對二甲苯等高附加值產品。其中乙烯、丙烯可以進一步生產聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），而乙烯下游產物乙二醇（EG）和對二甲苯下游產物精對苯二甲酸（PTA）可以進一步生產聚酯（PET）。這種高效的耦合路線對聚烯烴和聚酯工業的原料合成具有重要的指導意義，同時組合調控策略的建立為復雜催化過程中多種目標化學品的聯合生產提供了模型案例，基于此策略的甲醇耦合工業示范裝置正在建設中，將有望在大規模的甲醇耦合工業過程中得到推廣和應用。

相關成果以“Combined Strategies Enable Highly Selective Light Olefins and para-Xylene Production on Single Catalyst Bed”為題，于近日發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上，該工作的第一作者是大連化物所博士研究生吳一墨。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院A類先導專項“煤炭清潔燃燒與低碳利用”、中國科學院青促會等項目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c12087