甲醇制烯烃反应机理和扩散的原位固体核磁共振研究

The methanol-to-olefins (MTO) process, has been one of the most successful non-petrochemical routes for the production of light olefins from abundant resources of coal or natural gas. In general, hydrocarbon pool (HCP) mechanism,i.e., cyclic organic species confined in the zeolite cage or intersection of channels act as co-catalysts, has been generally accepted as a rational explanation for the olefins production from C1 reactant, methanol.In HCP mechanism, carbenium ions are involved and act as the important intermediates to produce olefins.In this work, in situ solid-state NMR and other characteristic methods will be applied to observe carbenium ions over various zeolites during different MTO reaction stage. On the basis of experimental results, theoretical calculation also will be used to give the figures of reaction routes involving of induction period, steady-state period and deactive period. On the basis of the study of reaction mechanism, pulse field gradient (PFG) NMR will be applied to the investigations of reactant and product diffusion during the MTO process. Molecular dynamic (MD) simulation also will be combined to investigate the diffusion behavior.On the basis of thorough understanding of reaction mechanism and diffusion,the principle of controlling selectivity will be obtained, which will promote the development of new catalysts for MTO reaction.

从煤或天然气出发经甲醇转化制取低碳烯烃（MTO）技术是替代非石油资源生成低碳烯烃的重要方式之一，具有非常重要的战略意义。在甲醇转化制烯烃机理研究过程中，以烃池机理为代表的间接循环机理得到了较广泛的认可。烃池机理中非常重要的活性物种如碳正离子的原位观测及其作用机制的研究对深入理解烃池机理起到非常关键的作用。本项目拟采用原位固体核磁共振技术与其他表征手段相结合的方式实现不同反应阶段碳正离子的原位观测和结构确定；同时结合量子化学计算研究不同反应阶段碳正离子的作用机制，构建反应诱导期、稳定期及失活期的反应网络。在此工作基础上，利用脉冲场梯度核磁技术（PFG NMR）研究不同反应阶段反应物和产物的扩散性质，结合分子动力学模拟获得产物在分子筛孔道的扩散行为。最终在对反应机理和扩散深入理解的基础上，获得MTO反应的选择性控制原理，为指导新型甲醇制烯烃催化剂的开发提供理论指导。

从煤或天然气出发经甲醇转化制取低碳烯烃（MTO）技术是替代非石油资源生成低碳烯烃的重要方式之一，具有非常重要的战略意义。在甲醇转化制烯烃机理研究过程中， 以烃池机理为代表的间接循环机理得到了较广泛的认可。烃池机理中非常重要的活性物种如碳正离子的原位观测及其作用机制的研究对深入理解烃池机理起到非常关键的作用。本项目 拟采用原位固体核磁共振技术与其他表征手段相结合的方式实现不同反应阶段碳正离子的 原位观测和结构确定；同时结合量子化学计算研究不同反应阶段碳正离子的作用机制，构建反应诱导期、稳定期及失活期的反应网络。在此工作基础上，利用脉冲场梯度核磁技术（PFG NMR）研究不同反应阶段反应物和产物的扩散性质，获得产物在分子筛孔道的扩散行为。最终在对反应机理和扩散深入理解的基础上，获得 MTO 反应的选择性控制原理，为指导新型甲醇制烯烃催化剂的开发提供理论指导。