近日，我所低碳催化与工程研究部（DNL12）郭鹏研究员和刘中民院士团队通过在原子尺度揭示并调控SAPO-34分子筛的堆叠无序，提升了甲醇制烯烃（MTO）反应性能。
MTO技术是我国非石油路线制备低碳烯烃的核心工艺之一，对保障国内能源供给、推动化工产业发展具有重要意义。SAPO-34分子筛是MTO反应的重要催化剂，其催化性能不仅与酸性、晶粒尺寸等物化性质相关，还受分子筛内部孔道连通方式、原子排布等微观结构的影响。目前普遍采用四乙基氢氧化铵（TEAOH）制备SAPO-34，以往相关研究大多默认所得样品为纯相结构，主要聚焦晶体内部cha笼的催化作用。
SAPO-34分子筛常存在堆叠无序结构，其对MTO催化性能的影响长期被忽视。相关研究面临两方面难点：一是传统表征方法难以检测纳米尺度分子筛内部的细微堆叠无序结构；二是缺乏原子层面的构效认知，难以定向制备无堆叠无序的纯相SAPO-34分子筛，导致堆叠无序与MTO反应性能之间的关联机制仍不清晰。郭鹏、刘中民团队长期深耕电子晶体学表征技术，持续推进三维电子衍射、高分辨成像等方法在多孔晶体材料领域的应用，在电子晶体学方法学开发（Nature，2026）、多孔材料微观结构解析（J. Am. Chem. Soc.，2026；Nat. Commun.，2026）、定向合成方法开发（J. Am. Chem. Soc.，2024；J. Am. Chem. Soc.，2025）、构效关系理解（J. Am. Chem. Soc.，2026；Angew. Chem. Int. Ed.，2025）等方面开展了系统性的研究工作。
在本研究中，研究团队依托三维电子衍射、iDPC-STEM原子成像、电子叠层成像等高精度表征手段，清晰观测到TEAOH合成的常规SAPO-34分子筛内部存在堆叠无序结构，这些无序区域会生成aei笼。基于解析得到的原子结构信息，团队选用一系列商业化模板剂，定向制备出无堆叠无序的有序SAPO-34样品。MTO反应评价结果表明，分子筛内部的堆叠无序会加速催化剂失活，通过原子层面精准抑制堆叠无序，能够有效延长MTO反应寿命，优化整体催化性能。
相关研究成果以“Revealing and Controlling Atomic-Scale Stacking Disorder in SAPO-34 for Enhanced MTO Performance”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的共同第一作者为DNL1210组刘晓娜高级工程师、博士研究生李世泰。该工作得到国家自然科学基金等项目支持。（文/图 刘晓娜、李世泰、郭鹏）
