近日，劉中民研究員領(lǐng)導(dǎo)的甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室（潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室低碳催化與工程研究部）的研究團(tuán)隊(duì)與中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所鄧風(fēng)、鄭安民研究員（負(fù)責(zé)理論計(jì)算）合作，在甲醇制烯烴反應(yīng)機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展。

　　甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室多年來一直堅(jiān)持應(yīng)用研究與基礎(chǔ)研究并重，在甲醇制烯烴工業(yè)化過程開發(fā)和應(yīng)用取得成就的同時(shí)，也致力于解決實(shí)際工業(yè)化開發(fā)過程中存在的基礎(chǔ)科學(xué)問題。甲醇制烯烴是在酸性分子篩上進(jìn)行的多相催化反應(yīng)，經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的催化過程和反應(yīng)步驟。隨著甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理研究的不斷深入，烴池（Hydrocarbon Pool）機(jī)理得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。其中關(guān)于反應(yīng)中間物種碳正離子的觀測及其作用研究一直以來是一項(xiàng)非常重要且具有挑戰(zhàn)性的工作。在對具有大的超籠結(jié)構(gòu)SAPO分子篩催化劑上生成七甲基苯碳正離子進(jìn)行直接觀測后（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (2), 836–839)，研究人員繼續(xù)對工業(yè)應(yīng)用的CHA結(jié)構(gòu)分子篩進(jìn)行反應(yīng)過程中碳正離子生成和作用的研究。首次在真實(shí)MTO反應(yīng)條件下同時(shí)觀測到兩種碳正離子-七甲基苯碳正離子（heptaMB+）和五甲基環(huán)戊烯基碳正離子(pentaMCP+)的生成。其中五甲基環(huán)戊烯基碳正離子是首次在MTO反應(yīng)中被發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)的確認(rèn)得到了固體核磁共振、GC-MS以及理論計(jì)算的證實(shí)。進(jìn)一步的研究證明兩種碳正離子確實(shí)參與了MTO的轉(zhuǎn)化過程，從而直接證實(shí)了烴池機(jī)理的合理性。另一方面通過13C同位素示蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)合DFT理論計(jì)算，研究了碳正離子參與的兩種可能的催化反應(yīng)路徑-side-chain機(jī)理和paring機(jī)理，證實(shí)在CHA分子篩上甲醇轉(zhuǎn)化兩種機(jī)理同時(shí)存在，side-chain機(jī)理占據(jù)主導(dǎo)地位。有關(guān)兩種碳正離子的穩(wěn)定性與活性的關(guān)系在文中也做了比較和詳細(xì)的論述。上述研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52(44), 11564-11568)上。

　　該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等的資助。