近日，我所低碳催化与工程研究部（DNL12）刘中民院士、魏迎旭研究员团队发表了分子筛催化甲醇转化制取烃类反应（Methanol-to-Hydrocarbons，MTH）动态催化反应机制的综述文章，系统总结了研究团队在分子筛催化甲醇转化反应机理研究方面的研究成果，团队基于反应过程中活性位点/活性物种动态演变，构建多循环协同运行的动态催化反应超环网络，提出了分子筛催化甲醇转化的动态催化反应机制，对于深刻理解分子筛化学尤其是真实催化反应条件下分子筛的催化本质具有重要意义。
甲醇制烯烃（MTO）过程工业化的成功为煤化工和石油化工的协同发展搭建了桥梁，同时实现了我国煤炭资源的高效清洁利用。不断深入对催化反应过程的基本原理和选择性控制原理的全面认识，将有助于支撑催化新材料和工艺技术的不断升级和发展，保持MTO为代表的新兴煤化工产业的竞争力和可持续性。我所低碳催化与工程研究部始终坚持基础研究与应用研究相结合，通过基础研究揭示微观催化反应机制，为技术的可持续开发和创新提供理论支撑。
分子筛固有的酸性和择形性赋予其在MTH催化反应中的决定性角色，并展现出较好的催化反应活性和选择性。然而，分子筛催化的MTH反应过程所展示出的动态演变、反应模式多样性、催化和扩散的耦合和解耦等复杂特征，使人们在全面理解MTH催化反应机制的研究中面临挑战。
该团队借助于先进的原位谱学、同位素标记、计算化学等技术对分子筛催化的甲醇转化的催化过程深入研究，在捕捉和识别分子筛笼/孔中活性中间体（J. Am. Chem. Soc.，2012；Angew. Chem. Int. Ed.，2013；Angew. Chem. Int. Ed.，2017；Nat. Commun.，2020）、催化剂表面实时动态演变的原位观测与模拟（ACS Catal.，2018；ACS Cent. Sci.，2021；J. Am. Chem. Soc.，2021；Chem，2021；Natl. Sci. Rev.，2022）、分子筛微环境中构建和模拟基元反应步骤（ACS Catal.，2018；ACS Catal.，2019；ACS Catal.，2020；Nat. Commun.，2021）等方面取得系列研究成果。
基于上述工作，该综述揭示了分子筛催化的MTH反应过程活性位点从传统认知的Brønsted酸位点（BAS）到有机—无机杂化超分子（OIHS）复合活性位点的动态更替；反应中间体从表面甲氧基物种（SMS）到活性离子对复合物（AIPC）再到惰性复合物（IC）的动态演变，引导C-C键形成由初始C-C直接偶连机制到高效烃池（HCP）自催化机制的转变；催化循环由BAS酸直接催化到多级催化反应循环协同运行构建催化反应超环网络，引导反应过程由自催化启动到自催化维持再到自催化终止的反应演变规律。通过上述研究，该综述深入阐释了分子筛催化MTH反应中的复杂机制，以及结构—活性关系，并由此提出了MTH化学的动态催化反应机制。这些认识揭示出分子筛催化化学中，尤其是真实工况下分子筛的催化本质往往是复杂的、动态的，而非局限于相对简化活性位点和静态的BAS催化的传统观点。
该工作以“Dynamic Catalytic Mechanism of the Methanol-to-Hydrocarbons Reaction over Zeolites” 为题，于近日发表在Accounts of Chemical Research上。该工作的第一作者是我所DNL1201组武新强副研究员。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、中国科学院青促会等项目的资助。（文/图 武新强）
