包信和、潘秀莲等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

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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
        文章来源：大连化物所
      包信和，男，汉族，1959生于江苏省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。1987年获复旦大学理学博士学位；1987-1989年在复旦大学化学系任教；1989-1995年获洪堡基金资助在德国马普协会柏林FRITZ-HABER研究所进行合作研究；1995年至今，在大连化学物理研究所工作，任催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，所学术委员会主任，洁净能源国家实验室（筹）能源基础和战略研究部部长，中国科学院研究生院教授；2000年8月至2007年2月，任中国科学院大连化学物理研究所所长；2009年4月至2014年6月任中国科学院沈阳分院院长；2009年当选为中国科学院院士；2015年7月至2017年6月任复旦大学常务副校长；2017年6月8日起任中国科学技术大学校长。
       潘秀莲博士，国家杰出青年科学基金获得者，大连化学物理研究所研究员，碳基能源纳米材料研究组组长，博士生导师，致力于能源转化中催化作用的基础研究工作，并在限域催化方面取得了一些成果，在国际学术刊物上发表了系列有影响力的论文包括Science, Nature Mater., Nature Commun., Acc. Chem. Res.，PNAS，Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等。主持了国家自然科学基金重点项目、面上项目、国家重点基础研究发展计划（973）课题以及国际合作项目。