近日，大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室、大連光源科學研究室江凌研究員團隊與南開大學李蘭冬研究員團隊和曼徹斯特大學楊四海教授團隊合作，利用自主研制的紅外光解離實驗裝置，成功表征了關(guān)鍵反應中間體，揭示了鎳負載八面沸石催化劑對炔烴/烯烴化學選擇性吸附分離的深層次機制。
反應中間體的探測與表征是詮釋化學反應機理的關(guān)鍵。然而，這些反應中間體的數(shù)量密度低、壽命短、結(jié)構(gòu)復雜，對它們的實驗研究非常困難，往往需要高靈敏度、高時間分辨以及對結(jié)構(gòu)敏感的譜學等探測方法。江凌團隊將高分辨率質(zhì)譜與光參量振動激光器相結(jié)合，自主研制了具有國際先進水平的紅外光解離光譜(Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 25583)，可原位/在線高靈敏探測關(guān)鍵反應中間體的組成與結(jié)構(gòu)，對詮釋催化反應機制具有重要作用。
低碳烯烴是化學工業(yè)中最基本的原料之一（產(chǎn)能接近4億噸/年），其生產(chǎn)過程會引入少量炔烴雜質(zhì)，對其聚合與后續(xù)加工產(chǎn)生極大影響。高效去除炔烴雜質(zhì)、生產(chǎn)聚合物級低烯烴對許多工業(yè)過程非常重要，是具有極大挑戰(zhàn)性的國際前沿科學問題。
近期，南開大學李蘭冬課題組設(shè)計合成了鎳負載八面沸石催化劑（Ni@FAU），它在乙炔/乙烯、丙炔/丙烯、丁炔/丁二烯等分離過程中均表現(xiàn)出高炔烴動態(tài)吸附容量（1.58~1.80 mmol/g）與炔烴/烯烴分離選擇性（83~100）。Ni@FAU同時表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且對操作條件（溫度、壓力、氣體濃度、雜質(zhì)等）不敏感，可滿足工業(yè)吸附分離的基本要求。
江凌團隊利用自主研制的紅外光解離實驗裝置，對Ni@FAU對乙炔/乙烯的吸附機制進行了研究，成功探測到了Ni(C2H2)3，然而并沒有發(fā)現(xiàn)Ni(C2H4)n。該實驗結(jié)果證實，Ni@FAU對乙炔具有較高的吸附選擇性，具有在混合氣流中去除痕量乙炔的分離能力，確認了基于化學鍵的炔烴/烯烴分離的新策略，有望推動Ni@FAU分子篩材料在相關(guān)工業(yè)吸附分離過程中的應用。利用先進的譜學技術(shù)從分子、團簇、表界面多層次揭示能源小分子與催化劑的化學反應規(guī)律，為新型高效吸附催化材料的設(shè)計開發(fā)提供了新的思路。
相關(guān)成果發(fā)表在《科學》（Science）上。該工作得到國家自然科學基金委“動態(tài)化學前沿研究”科學中心項目資助。（文/圖 王沖）
