包信和院士&潘秀莲&侯广进JACS：H-SAPO-11催化烯酮转化为汽油！|侯广进|催化剂|合成气|潘秀莲

研究内容

烯酮被认为是许多反应，包括OXZEO（金属氧化物沸石）催化的合成气转化、二甲醚羰基化、甲醇制碳氢化合物和CO2加氢等反应中的活性中间体，但其化学性质和在沸石上的反应机理途径尚不明确。

基于此，中国科学院大连化学物理研究所包信和院士、潘秀莲研究员和侯广进研究员通过反应动力学、原位红外光谱（IR）和准原位固态核磁共振光谱（ssNMR）光谱，研究了分子筛H-SAPO-11上烯酮转化为汽油馏分烃的途径。结果表明，丁烯是通向汽油产品的反应中间体。相关工作以“Chemistry of Ketene Transformation to Gasoline Catalyzed by H‑SAPO-11”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

研究要点

要点1.通过研究反应动力学、原位红外光谱（IR）和准原位固态核磁共振光谱（ssNMR）光谱，首次在实验上揭示了H-SAPO-11催化的烯酮转化及其向汽油转化的反应途径。确定了两条反应途径：一条通过表面稳定的乙酰进行的乙酸酮化路线和一条通过乙酰乙酰与酮-烯醇互变异构进行的乙酸脱羧路线。

要点2.烯酮容易质子化，在玉米型的Brönsted酸位上形成乙酰基。随后，它要么在水存在下转化为乙酸，要么二聚，形成具有酮-烯醇互变异构的乙酰乙酰，然后根据温度和烯酮浓度进一步转化为乙酰乙酸。因此，烯酮通过醋酸酮化途径或醋酸脱羧途径转化为丙酮，然后是丁烯，最后是汽油。

这项研究首次从实验上揭示了分子筛催化中烯酮化学的见解。研究结果将有助于通过烯酮中间体进一步了解C1化学，如合成气转化、MTH、DME羰基化和CO2利用。

研究图文

图1. H-SAPO-11上烯酮转化的动力学分析。

图2. 13C标记的烯酮（13CH213CO）在H-SAPO-11上转化的准原位NMR研究。

图3. H-SAPO-11上烯酮转化为汽油的拟议反应途径。

文献详情

Chemistry of Ketene Transformation to Gasoline Catalyzed by H‑SAPO-11

Yang Zhang, Pan Gao, Feng Jiao, Yuxiang Chen, Yilun Ding, Guangjin Hou,* Xiulian Pan,* Xinhe Bao*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: 10.1021/jacs.2c03478

作者简介

包信和，男，汉族，1959年生于江苏省。理学博士，研究员，博士生导师。1987年获复旦大学理学博士学位；1987-1989年在复旦大学化学系任教；1989-1995年获洪堡基金资助在德国马普协会柏林FRITZ-HABER研究所进行合作研究；1995年至今，在大连化学物理研究所工作，任催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，所学术委员会主任，洁净能源国家实验室（筹）能源基础和战略研究部部长，中国科学院研究生院教授；2000年8月至2007年2月，任中国科学院大连化学物理研究所所长；2009年4月至2014年6月任中国科学院沈阳分院院长；2015年7月至2017年6月任复旦大学常务副校长；2017年6月起任中国科学技术大学校长。2009年当选为中国科学院院士；2011年当选为发展中国家科学院院士；2016年当选为英国皇家化学会荣誉会士。

包信和研究员长期从事新型催化材料的创制和能源清洁高效转化过程的研发，在催化基础理论的发展和新催化剂开发、应用等方面取得了重要研究成果。发现和阐述了纳米限域条件下催化剂活性中心的结构、电子特性和催化活性间的关联机制和作用规律，在国际上首次提出了“纳米限域催化”概念，并在一维碳管、二维界面和三维晶格中获得拓展和完善，初步形成了理论体系。以此概念为指导，带领团队发展出了高性能的一氧化碳选择氧化催化剂；创制晶格限域的单铁催化剂，实现了甲烷无氧转化直接制烯烃和高值化学品；首创氧化物和分子筛纳米复合催化剂和催化过程，成功实现煤基合成气一步转化直接制低碳烯烃。为碳基资源的高效、清洁利用开辟了新途径，在国际学术界和产业界形成了重大影响。相关研究成果分别于2014年和2016年入选“中国科学十大进展”。

包信和研究员发表论文660余篇，申报国际、国内专利140余件。1995年获国家杰出青年基金资助。先后获得香港求是“杰出青年学者奖”（1996），国家自然科学二等奖（2005），辽宁省自然科学一等奖（2009），何梁何利科学与技术进步奖（2012），周光召基金会基础科学奖（2015），中国科学院杰出科技成就奖（2015），第五届中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖（2016），国际天然气转化杰出成就奖（2016），德国催化学会Alwin Mittasch奖（2017）等奖项。2017年团队获首届全国创新争先奖奖牌。担任J. of Energy Chemistry期刊（Elsevier）共同主编，《中国科学》、《国家科学评论（NSR）》以及Angew. Chem. Int-Ed、Energy & Env. Sci.、Surf. Sci. Report、Chemical Sci.和ChemCatChem等学术期刊编委和顾问编委。担任中国化学会第二十七届常务理事、第二十八届、第二十九届副理事长。历任第九届、十届、十二届全国人大代表，2018年3月当选为第十三届全国人民代表大会常务委员会委员。

潘秀莲，博士，研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，碳基能源纳米材料研究组长。1996年大连理工大学获学士学位，2001年中国科学院大连化学物理研究所获博士学位（与德国弗朗和费生物技术与界面工程研究所联合培养），2001-2003年德国弗朗和费生物技术与界面工程研究所博士后，2003年底受聘为大连化学物理研究所副研究员，2009年晋升为研究员。

主要致力于能源转化过程中的催化作用基础，（1）分子筛，金属氧化物和纳米结构碳催化材料的控制制备；（2）合成气转化制高值化学品的催化剂创制及其催化作用原理研究；（3）甲烷等低碳烷烃的催化转化制高值化学品催化剂创制及催化反应机理的研究；（4）乙炔化学，包括选择性加氢及氢氯化制氯乙烯的无汞非金属催化过程；（5）纳米限域催化基础等。团队近期一项代表性工作是，提出OXZEO（oxide-zeolite）双功能催化新概念，使C-O键活化和中间体C-C键偶联这两个关键步骤的催化活性中心有效分离，实现合成气一步反应制低碳烯烃过程，被誉为“开创煤制烯烃新捷径”，获2016年度中国科学十大进展。潘秀莲获2020年国家自然科学奖一等奖（第2完成人），2009年和2019年度辽宁省自然科学奖一等奖（第2完成人），入选国家高层次人才特殊支持计划领军人才“万人计划”等。主持国家自然科学基金重点基金，国家重点研发计划课题、中国科学院战略性先导专项课题，国际合作项目等。

侯广进，博士，研究员，2007年于中国科学院武汉物理与数学研究所获得理学博士学位，师从我国著名波谱学家叶朝辉院士和邓风研究员。2007至2011年先后在德国马普高分子研究所Hans W. Spiess教授研究组和美国特拉华大学Tatyana Polenova教授研究组从事博士后研究工作；2011年被特拉华大学聘为二级副研究员；2012年晋升为磁共振谱学研究员。2016年入选中科院大连化学物理研究所专项人才引进计划，2017年入选国家中组部高层次人才项目，入职于催化基础国家重点实验室，聘为研究员，任固体核磁共振与催化化学研究组组长。

侯广进研究员长期从事固体核磁共振方法学的发展和多种材料体系结构及动力学的应用研究，截止目前已在Science, Chem. Rev., Proc. Natl. Acad. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angrew. Chem. Int. Ed., Nature Communications, Adv. Energy Mater., Acc. Chem. Res., Environ. Sci. Technol.等学术期刊上发表论文100余篇。目前担任Journal of Magnetic Resonance, Solid State Nuclear Magnetic Resonance, Magnetic Resonance Letters, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems,《波谱学杂志》，《物理化学学报》等学术期刊编委。