【催化】沸石分子筛催化乙醇脱水制乙烯反应中氧鎓离子中间体的观测

来源：X一MOL

乙烯是最重要的基础化工原料之一，也是现代化学工业的基石。目前乙烯主要来源于石油裂解工艺，由于化石资源的日渐枯竭，给依赖于传统石油路线的乙烯生产带来巨大压力。生物乙醇作为一种可再生资源可以通过催化反应转化为乙烯和其它高附加值碳氢化合物，从而能成为代替石油生产烯烃的一条重要途径。沸石分子筛是催化乙醇脱水生产乙烯最具有发展潜力的催化剂，因而吸引了大量关于分子筛上乙醇脱水制乙烯反应的研究，然而到目前为止人们其反应机制仍然没有明确的认识，这在一定程度上制约了高性能催化剂和高效催化工艺的研发。

最近，中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室的徐君研究员和邓风研究员团队在沸石分子筛催化剂上乙醇脱水制乙烯反应机理的研究中取得重要进展，首次观测到三乙基氧鎓离子中间体物种，并发现其对产物乙烯的生成起到了关键作用。研究成果已于近日在线发表在Nature Communications 上。

研究人员对ZSM-5沸石分子筛上乙醇脱水反应机制进行了深入研究。利用原位13C固体NMR技术，在乙醇脱水反应过程中首次捕捉到三乙基氧鎓离子（triethyloxoium ion，TEO）中间体物种的生成，其化学位移为85.0 ppm, 并通过二维 13C–13C 相关谱固体NMR实验明确了其结构（图1上）。进一步，通过变温原位13C固体NMR技术实时跟踪了TEO在乙醇脱水反应中的演化过程， 获得其稳定性与反应活性的信息（图1下）。进一步的NMR实验证实，TEO与分子筛催化剂表面乙氧基的生成密切相关，后者最终可导致乙烯的生成。结合NMR实验结果和理论计算，研究人员提出了ZSM-5分子筛上乙醇脱水生成乙烯的完整催化反应路径（图2）。

图1. H-ZSM-5分子筛上乙醇反应后的二维13C–13C INADEQUATE MAS NMR谱（上）和乙醇反应的实时原位13C MAS NMR谱（下）

图2. 乙醇脱水生成乙烯的催化反应机理（DEE为二乙醚，DEE*为吸附态二乙醚；图中标注了每一步能垒的理论计算值，单位为kcal/mol）

该研究工作加深了人们对分子筛催化乙醇转化反应机理的理解，也为进一步探索醇类转化中的氧鎓离子化学提供了新思路。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Observation of an oxonium ion intermediate in ethanol dehydration to ethene on zeolite

Xue Zhou, Chao Wang, Yueying Chu, Jun Xu, Qiang Wang, Guodong Qi, Xingling Zhao, Ningdong Feng, Feng Deng 

Nat. Commun., 2019, 10, 1961, DOI: 10.1038/s41467-019-09956-7

导师介绍

徐君

https://www.x-mol.com/university/faculty/23508

邓风

https://www.x-mol.com/university/faculty/23496