法国UCCS-CNRS Andrei 团队Nat. Comm.：液态金属助力高稳定的甲醇制烃反应

第一作者及单位：周勇，东莞理工学院UCCS-CNRS

通讯作者及单位：，UCCS-CNRS

原文链接：

关键词：甲醇制烃液态金属分子筛助催化剂防积碳

全文一览

该团队及其合作者揭示了甲醇制烃 (MTH) 反应催化剂的创新设计理念。通过使用液态金属镓作为助催化剂，分子筛催化剂的寿命提高了近 14 倍。这种创新方法为开发更高效、更强大的催化系统带来了令人兴奋的可能性，这些催化系统可适用于广泛的催化过程。

研究背景

甲醇制烃（MTH）工艺被认为是甲醇生产增值产品最实用的方法之一，但常用的分子筛催化剂由于积碳而迅速失活，需要定期进行再生处理以维持生产装置的长运行。为了实现高效稳定的MTH工艺，研究人员提出了许多策略，如优化反应条件、调整沸石化学组成、减小沸石晶体尺寸、引入二次孔等。此外，利用金属氧化物或同晶取代对分子筛进行改性也被证明对芳香族产物具有较高的选择性，有望提高MTH工艺中的催化稳定性。液态金属已被用作负载型金属催化剂的电子和结构添加剂，但关于利用液态金属作为分子筛固体酸催化剂的添加剂，提高分子筛催化反应性能的报道较少。

液态金属辅助分子筛催化MTH反应

1. ZSM-5分子筛与液态金属Ga物理混合的催化体系在甲醇制烃反应中表现出更高的催化稳定性，其使用寿命比单独使用ZSM-5分子筛提高近14倍。

2. 液态金属Ga通过促进酸性位点上碳沉积物质的去除，提高了ZSM-5沸石的稳定性。

图1.液态金属对沸石催化MTH稳定性和选择性的调控作用。

图2. 原位红外光谱揭示了液态金属促进吸附物质在沸石表面的吸附以及液态金属对沸石酸性位点的改性。

见解和展望

研究表明，液态金属的存在下，ZSM-5催化剂上MTH工艺的稳定性明显提高。结合原位实验和理论计算的结果发现，液态金属镓主要位于ZSM-5沸石晶粒之间，并部分渗透到微孔中，从而改变了沸石的酸性。液态金属的高流动性促进了吸附分子的脱附，从而减缓了积碳失活的进程。此外，氢气和甲醇的共同摄入可以进一步提高MTH催化剂的使用寿命。通过沸石催化剂和液态金属简单的物理混合，就体现出了催化稳定性的提高，这为设计和制备用于其他催化反应的高效沸石催化剂体系开辟了新的途径。在进一步的研究中，应重点设计液态金属在沸石上的精确分布，优化液态金属的热稳定性，并将液态金属/沸石复合催化体系应用于其他催化反应。

关于通讯作者

他于1991年获得俄罗斯科学院博士学位，2002年获得法国里尔大学理学博士学位。1992年至1999年期间，他在美国（加州大学伯克利分校、LBNL、Sabic技术中心）、法国（IFP、ENSCP、LURE）和英国（爱丁堡大学、UMIST）等顶尖学术和工业机构工作。目前，他是法国里尔大学UCCS-CNRS实验室的高级研究主任和能源催化研究方向负责人。他的研究兴趣包括化石和可再生原料转化的催化剂和反应器设计、反应机理和动力学、原位表征技术等。他最重要的学术成就是在费托合成（燃料、轻质烯烃和含氧化合物的合成）和石蜡活化领域。

2006年、2009年分别在莫斯科大学获得硕士和博士学位。后在荷兰大学化学工程系从事博士后研究，研究使用非均相催化剂的生物质转化。2013年，获得法国里尔大学、法国国家科学研究中心（CNRS）终身研究员职位，专注于C1化学研究。2016年至2019年，在上海CNRS E2P2L实验室担任研究员。主要研究领域为可持续化学新型纳米材料的开发。

第一作者

周勇

周勇现为西安交通大学/东莞理工学院博士后研究员，从事分子筛催化剂设计、合成及催化应用相关研究。2020年获捷克查理大学博士学位，师从Jiri Cejka教授，研究新型沸石分子筛催化剂设计及应用。2021年至2023年在法国国家科学研究中心（CNRS-UCCS, Lille）从事博士后研究，与合作导师及研究员共同研究液态金属的催化作用。

参考

1. Zhou, Y., 等. 用于的的到 . Nat 2024, 15, 2228.

2. ，V.，等人。铁在温和光线下的降解。ACS Catal。2017，7，6445-6452。