中科院武漢物數(shù)所甲烷室溫活化機(jī)理研究取得進(jìn)展

　　中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所波譜與原子分子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧風(fēng)研究組在甲烷室溫活化機(jī)理的研究方面取得重要進(jìn)展。其研究結(jié)果在英國*化學(xué)會雜志Chemical Science在線發(fā)表(DOI: 0.039/C2SC20434G)。

　　甲烷是天然氣的主要成分，但由于甲烷的*惰性，其活化往往比較困難。甲烷的活化與轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是催化乃至整個(gè)化學(xué)研究領(lǐng)域挑戰(zhàn)性的研究方向之一。zui近，鄧風(fēng)研究組制備出了一種能使甲烷在室溫下活化的高活性鋅改性分子篩催化劑(ZnZSM-5)。利用原位固體3C NMR技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)甲烷在室溫下能裂解生成大量表面甲氧基(-OCH3)物種，該物種是一種活性中間體，一般由甲醇或烯烴等在酸性分子篩催化劑上制得。但對于甲烷而言，在多相催化體系中在室溫下觀測到該物種的生成，表明ZnZSM-5催化劑的高反應(yīng)活性。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，表面甲氧基物種在室溫下能夠與水反應(yīng)生成甲醇，繼而甲醇還可以通過MTG過程轉(zhuǎn)化為高附加值的汽油組分。通過NMR及其它實(shí)驗(yàn)技術(shù)并結(jié)合量化計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)具有開殼層結(jié)構(gòu)的Zn-O-Zn活性中心能使甲烷發(fā)生均裂生成甲基自由基，而甲基自由基經(jīng)過遷移與分子篩骨架結(jié)合生成表面甲氧基物種。

　　這些研究結(jié)果對于多相催化體系中的甲烷及其它低碳烷烴的活化轉(zhuǎn)化以及相關(guān)催化劑的設(shè)計(jì)具有有一定的借鑒意義。

　　在前期的工作中，該研究組還發(fā)現(xiàn)ZnZSM-5催化劑能使甲烷和一氧化碳在523 K的溫和條件下夠轉(zhuǎn)化為乙酸，并用原位3C NMR實(shí)驗(yàn)揭示了其催化反應(yīng)機(jī)理(Angew. Chem. Int. Ed. 202, 5, 3850 -3853)。

　　該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持。