近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了ZnCrOx-SAPO-17雙功能催化劑在合成氣轉(zhuǎn)化過(guò)程中的誘導(dǎo)期現(xiàn)象，并揭示SAPO-17籠的動(dòng)態(tài)限域效應(yīng)對(duì)產(chǎn)物選擇性的調(diào)控原理。相關(guān)研究成果發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》雜志。

金屬氧化物和分子篩耦合的雙功能催化劑(OXZEO)可實(shí)現(xiàn)合成氣高選擇性制備低碳烯烴、芳烴和汽油等高附加值化學(xué)品及燃料，其中分子篩孔道的擇形作用在調(diào)控產(chǎn)物選擇性方面可發(fā)揮重要作用，但目前的研究主要集中在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)階段分子篩的擇形效應(yīng)。

該研究團(tuán)隊(duì)圍繞合成氣轉(zhuǎn)化OXZEO對(duì)產(chǎn)物選擇性的調(diào)控原理，發(fā)現(xiàn)ZnCrOx-SAPO-17雙功能催化劑在合成氣轉(zhuǎn)化過(guò)程中的誘導(dǎo)期現(xiàn)象，SAPO-17分子篩籠的動(dòng)態(tài)限域作用使乙烯選擇性從19%增至44%；而C4+選擇性從39%降至9%，反應(yīng)22 h后，催化劑性能趨于穩(wěn)定。

該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)誘導(dǎo)期內(nèi)不同反應(yīng)時(shí)間下的催化劑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)金屬氧化物無(wú)明顯變化，而分子篩有明顯變化。表征結(jié)果顯示，分子篩籠對(duì)碳物種具有限域作用，碳物種隨反應(yīng)時(shí)間發(fā)生演化，其分子尺寸及含量隨反應(yīng)時(shí)間增大增多，減少了分子篩籠內(nèi)有效利用空間，導(dǎo)致分子傳質(zhì)擴(kuò)散受到不同程度阻礙。尺寸相對(duì)較小的C2分子擴(kuò)散影響較小，而分子尺寸相對(duì)較大的C4分子的擴(kuò)散阻力明顯增加。此外，有效空間的縮小進(jìn)一步抑制乙烯二次反應(yīng)，誘導(dǎo)期內(nèi)乙烯和丙烯選擇性逐漸增加，而分子尺寸較大的丁烯及C5+選擇性降低。誘導(dǎo)期結(jié)束后，盡管分子篩大部分微孔被占據(jù)(93%)，但催化劑并未失活，而是穩(wěn)定運(yùn)行，其中乙烯、丙烯總選擇性達(dá)到75%，明顯高于由SAPO-18或者SAPO-34構(gòu)成的雙功能催化劑上乙烯、丙烯的總選擇性。

該研究對(duì)分子篩動(dòng)態(tài)限域作用在其他領(lǐng)域的應(yīng)用以及設(shè)計(jì)高效催化劑具有借鑒意義。