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近日，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）低碳催化與工程研究部（DNL12）劉中民院士、葉茂研究員、魏迎旭研究員、田鵬研究員團隊，受邀發表了甲醇制烯烴領域Perspective評述文章，系統總結了團隊理解和調控甲醇制烯烴動態復雜催化體系的觀點和研究成果，包括動態催化原理的提出和定量模型的凝練，以及其與新一代甲醇制烯烴（DMTO-III）技術的內在聯系。
甲醇制烯烴（MTO）已成為非石油資源轉化利用的典范，促進了烯烴原料多元化發展，同時彰顯了甲醇作為核心C1平臺化合物在推動形成煤制烯烴新興戰略產業中的關鍵作用，未來也可與綠氫結合，用于低碳化的煤制烯烴產業。 在C1化學和多相催化領域眾多研究者的不懈努力下，分子篩催化甲醇轉化基本原理和過程得到了廣泛而深入的研究，同時也越發認識到MTO反應體系的復雜性。在整個MTO領域研究中，始終面臨著分子篩催化甲醇轉化極具動態性且復雜性的催化反應體系所帶來的諸多難題。深入理解完整真實的MTO動態復雜體系的催化原理并實現反應定向調控一直是學術界和工業界持續努力的目標，是實現MTO原理發展和工業技術迭代創新必須克服的挑戰。
自20世紀80年代起，大連化物所在甲醇制烯烴領域連續近40年的研發工作中，始終堅持且實現了基礎研究與過程開發相互促進、相繼突破。低碳催化與工程研究團隊基于對MTO動態復雜催化體系的認識和調控，通過機理和模型支撐DMTO技術持續創新，在完成世界首創DMTO技術工業化的基礎上，形成了DMTO-II、DMTO-III系列技術，相繼實現工業化。截至目前，DMTO系列技術已實現技術許可36套，投產20套工業裝置，引領了煤制烯烴產業快速形成與發展。
該評述總結了團隊在MTO動態反應機理、MTO動態反應-擴散模型、基于機理和模型的工業過程調控方面形成的理論和實踐應用。在MTO動態催化學術方向上的原理性認識包括三部分：一是由活性中心動態演變更替（質子酸位點-表面甲氧基-有機物限域分子篩微環境）引導的MTO動態完整自催化反應歷程；二是由明線和暗線共同構建的MTO動態復雜反應網絡；三是MTO反應-擴散-催化劑（積碳修飾）多尺度動態交互作用機制（Cross-Talk in MTO）。同時，該評述總結凝練了MTO動態過程定量模型，包括反應動力學模型、客體分子擴散模型、多尺度反應-擴散模型和反應器積碳分布模型。進一步，該評述提煉出通過整合動態催化原理、反應擴散模型和積碳動力學，實現機理和模型共同驅動的MTO過程調控。MTO動態催化原理、定量模型、基于機理和模型的過程調控機制，構成了MTO動態復雜催化體系的核心理論，對動態復雜反應體系的分子篩催化理論發展具有重要意義。最后，該評述認為未來應結合人工智能和數據科學，持續深化對MTO動態復雜催化體系的研究。
劉中民團隊長期從事甲醇制烯烴領域研究，致力于建立MTO催化原理同時實現DMTO技術持續創新。近年來在MTO反應機理，包括第一個C-C鍵生成直接機理（Angew. Chem. Int. Ed.，2017；ACS Catal.，2018；Chem，2021；ACS Cent. Sci.，2021；Acc. Chem. Res.，2023）、碳正離子捕捉和烯烴生成間接機理（J. Am. Chem. Soc.，2012；Angew. Chem. Int. Ed.，2013；ACS Catal.，2019；ACS Catal.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2024）、積碳失活機理（J. Catal.，2018；Nat. Commun.，2020；J. Energy. Chem.，2023）、完整動態自催化反應機理（J. Am. Chem. Soc.，2021；Chem Catal.，2023）、反應網絡（Chinese J. Catal.，2023；Chem. Eng. Sci.，2024）、反應擴散機理（J. Catal.，2019；ACS Catal.，2020）、籠控制擇形催化原理（ACS Catal.，2015；ACS Catal.，2018；AlChE J.，2023；Natl. Sci. Rev.，2023）、擴散-反應-催化劑多尺度動態交互作用機制（Natl. Sci. Rev.，2022）；MTO反應過程定量描述模型，包括客體分子傳質表面阻力與晶內擴散解耦定量模型（Commun. Chem.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；AlChE J.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2022；AlChE J.，2023）、反應動力學模型（Chem. Eng. Res. Des.，2015；Chem. Eng. J.，2017；AlChE J.，2019）、多尺度反應-擴散模型（Chem. Eng. Sci.，2016；Chem. Eng. J.，2019；Nat. Commun.，2020）、反應器內催化劑積碳分布模型（AlChE J.，2019）；MTO反應調控（J. Catal.，2019；Nat. Commun.，2021；Chem Catal.，2024）等方面取得了系列研究成果。
該邀請評述以“Methanol to Olefins (MTO):Understanding and Regulating Dynamic Complex Catalysis”為題，發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。該工作第一作者是大連化物所DNL1201組林杉帆副研究員和DNL1206組李華研究員。上述工作得到國家自然科學基金委“分子篩催化材料的分子工程學”基礎科學中心項目、國家自然科學基金委“甲醇及其耦合反應催化原理及新過程應用”重大項目、中國科學院A類先導專項“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”等項目的資助。（文/圖 林杉帆、李華）
