大连化物所-包信和院士团队︱Science：突破合成气直接转化反应中转化率和选择性的“跷跷板”瓶颈

本文来源于中国科学院大连化学物理研究所官网！

一、研究背景：

化学工业中，85%以上的过程都依赖于催化剂来加速反应速率。但在大多数情况下，决定催化反应效率的两个重要参数——反应物的转化率和目标产物的选择性往往相互纠缠，就像“跷跷板”一样，转化率提高了，选择性就降低，此消彼长，无法同时兼顾。如何解开这种“纠缠”，打破“跷跷板”效应，实现更精准、更高效的催化，是催化基础科学和应用研究的重要挑战，也是催化研究工作者一直努力的方向。 

二、文章简介：

近日，中国科学院大连化学物理研究所焦峰副研究员、潘秀莲研究员、包信和院士团队揭示合成气直接转化领域长期存在的“高转化率和高选择性难以兼顾”瓶颈的科学根源，创新催化剂，“解开”主反应与副反应的“纠缠”。在国际上首次实现低碳烯烃选择性和一氧化碳单程转化率同时超过80%，低碳烯烃单程收率达48%，远超目前国际最高水平27%。相关研究成果发表于Science上，该工作共同第一作者是大连化物所焦峰副研究员、博士研究生白冰、博士毕业生李根。

三、研究内容：

在大量实验基础上，研究组创造性地研制了金属锗离子同晶取代的微孔分子筛（GeAPO-18），通过提高分子筛孔道中布朗斯特酸位点的密度，最大限度地提高了分子筛孔道对活性中间体的拉动能力，促进了中间体的生成速率，同时适当降低其酸强度，减少碳-碳偶联过程中的过度加氢和过度聚合，以此降低副反应的发生，双管齐下，提高催化反应性能。这样，就将原本架在一个支点两端的转化率和选择性“跷跷板”，蝶变成触接在两个相互分开活性位上的翅膀，可以自由翱翔。在优化的反应条件下，该催化剂在保持低碳烯烃选择性大于80%（最高为83%）的条件下，一氧化碳的单程转化率达到85%，实现了低碳烯烃收率达48%的国际最好水平，超过了第一代OXZEO催化剂的一倍以上。

图1. OXZEO合成气制轻烯烃过程的活性-选择性权衡。

图2. ZnCrOx–GeAPO-1催化剂在合成气转化中的催化性能。

图3. ZnCrOx-MeAPO-18合成气转换的比较。