邻近酸中心协同催化下的新反应路径与过程

Our previous results reveal that the adjacent acid sites cooperatively adsorb reactants when they are close enough in space. The different distribution of the acid sites could result in different reaction pathways. It is crucial to elucidate the cooperative catalysis for new catalysts different from ones working with single active site which might lead to green transformation reactions. Isobutene/butane alkylation is important but troubled with solid catalyst problems till now. This project is to prepare solid acid catalysts full of adjacent sites with both Brønsted and/or Lewis acid sites on large surface supports. And it takes further steps to find a universal method to characterize the real correlation of the adjacent acid sites, which is by using microcalorimetric adsorption, solid state 13C MAS NMR and FTIR measurements by selecting the alkane, fluorinated hydrocarbon, and phosphine molecule as the probes. The kinetics and mechanism of isobutene/butenes alkylation is measured in detail and the reaction pathway will also be clarified. The innovation of the solid acid catalyst system in the green process of producing high quality gasoline from isobutene/butane alkylation will be realized.

我们前期的研究表明，当酸催化中心相距足够近时，它们会协同作用于反应分子而使得催化效率提高，调节它们之间的距离和构型可以导致不同的反应通道和新催化性能。以此为指导设计与制备与既往只考虑单中心完全不同的新型催化剂，有望温和反应条件下实现苛刻的催化过程。固体酸催化的丁烯/异丁烷烷基化反应具有极重要的工业意义，催化剂问题虽经多年研究而不得解决。本课题拟以B酸和L酸为催化中心，在高表面积催化剂载体或具有三维孔道结构的催化剂基体上制备不同分布的邻近中心催化剂，进一步发展邻近中心的定性、定量表征方法，选取某些特定结构的轻烃、氟代烃、双膦有机分子等为探针分子，用吸附量热、固体核磁共振及红外光谱方法测量探针分子与临近的酸中心的作用，测量在邻近酸中心上烷基化反应的反应动力学与机理，为烯烃烷基化生产高品质汽油的绿色过程创制新型、高效催化剂，提供新催化过程。

该研究工作选取了一些轻烃分子作为探针得到了具有一定B酸中心邻近的分布状态的酸催化剂，实现了以烃类分子为探针分子表征催化剂表面的邻近B酸中心的相对密度；确立了邻近的酸中心在烃类转化过程中的催化作用机制，阐述了邻近酸中心的催化作用与单个酸中心上的催化作用的机制差异。制备了表面富含邻近的B酸中心的新型催化剂，实现了对脱水反应有更高的催化效率；同时，尝试合成新的催化剂用于烯烃烷基化过程。通过用吸附量热、固体核磁共振方法测量探针分子与邻近酸中心的作用，测量在邻近酸中心上酸催化反应过程（醇脱水）中的反应动力学与机理。