大连化物所揭示合成气转化中金属氧化物晶相结构演变及其催化作用原理

近日，我所能源基础与战略研究部（DNL21）包信和院士、潘秀莲研究员、焦峰副研究员团队与催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组（05T8组）肖建平研究员团队合作，在合成气直接转化制烯烃OXZEO®活性调控机制方面取得新进展，发现了MnGaOx晶相结构对反应路径与活性具有显著影响。

　　团队发现两种晶相结构的MnGaOx展现出迥异的催化活性，其中MnGaOx-Spinel-SAPO-18可实现40%CO转化率、81%低碳烯烃选择性、0.17g·gcat-1·h-1低碳烯烃时空收率，与具有相似元素组成的固溶体MnGaOx-SS相比，其比活性（以比表面积归一）提高了一个数量级。

　　系统性表征结果表明，尖晶石氧化物具有更高的可还原度，以及更多的氧空穴和配位不饱和Ga3+位点，因此具有更加优异的氢助C-O解离能力，使反应沿表面乙酸盐—乙烯酮通道，并进一步在分子筛限域孔道内转化生成低碳烯烃。本研究深化了金属氧化物催化活化CO/H2构效关系的认识，为进一步优化OXZEO®催化剂提供了科学依据。

　　该团队于2016年提出金属氧化物和分子筛耦合的双功能OXZEO®催化剂设计概念，实现了高选择性制C2=-C4=低碳烯烃（Science，2016）。在基础研究取得突破后，团队与我所刘中民院士团队、陕西延长石油（集团）有限责任公司合作，于2020年成功完成国际首套煤经合成气直接制低碳烯烃OXZEO®-TO创新技术的千吨级工业试验。同时，团队就金属氧化物和分子筛催化作用原理、双功能匹配耦合机制开展系统性研究，并取得系列进展（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020; Natl. Sci. Rev.，2022; Nat. Commun.，2022）。OXZEO®概念为煤、天然气、二氧化碳的资源化利用提供了新技术平台，受到广泛关注和研究（Chem. Rev.，2021）。

　　相关研究成果以“Tuning the Crystal Phase to Form MnGaOx-Spinel for Highly Efficient Syngas to Light Olefins”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的共同第一作者是我所DNL2102组博士研究生白冰、助理研究员郭辰曦。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、大连市科技创新基金、中科院青促会、中科院A类先导专项“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的资助。（文/图 焦峰、白冰）

　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202217701