OX-ZEO过程

　　低碳烯烃包括乙烯、丙烯、丁烯，被广泛用于生产塑料、纤维等，是重要的化工原料，也是现代化学工业的基石，传统上是通过石脑油裂解获得。由于我国富煤贫油少气，因此开发从煤、天然气、生物质等非石油的碳资源制备低碳烯烃的方法具有重要的战略意义。

　　合成气（CO和H2混合气体）是煤、天然气等碳资源转化利用的重要平台。上世纪二十年代，德国科学家发明了煤经合成气生产液体燃料的费托过程，是目前唯一有效的合成气直接转化制低碳烯烃的路径。然而，该方法的缺陷是目标产物的选择性低，比如C2-C4烃（含2个到4个碳原子数的烃类，包括烷烃和烯烃）在烃类中的选择性不超过58%。2012年，C1化学领域的国际知名教授de Jong团队通过对费托催化剂的组成和结构进行优化，取得了突破性进展，当转化率为小于1.5%时，低碳烯烃选择性达到了61%，转化率达到88%时，低碳烯烃的选择性仍高达52%。

　　2016年，中国科学院大连化学物理研究所研究员包信和和潘秀莲领导的团队提出了不同于传统费托过程的新路线（OX-ZEO过程），创造性地采用一种新型的双功能纳米复合催化剂，可催化合成气直接转化一步获得低碳烯烃，选择性高达80%，且C2-C4烃类选择性超过90%，远高于传统费托过程低碳烃的选择性理论极限58%，而且在110 小时的测试中催化剂性能稳定。该催化剂巧妙地使CO分子的活化和中间体C-C偶联两个关键步骤的催化活性中心有效分离：其中CO和H2分子在部分还原的金属氧化物缺陷位上吸附活化，生成CH2中间体，活泼的CH2与CO结合成气相中间体CH2CO，进入分子筛MSAPO酸性孔道的限域环境中进行择型C-C偶联反应，从而实现定向生成低碳烯烃。研究表明，通过对分子筛孔道结构和酸性质的调控，可以实现产物分子的可控调变。另一方面，通过CO替代H2来消除烃类形成中多余的氧原子，在反应不改变CO2总排放的情况下，原理上可以摒弃高耗能和高耗水的水煤气变换制氢反应，降低化学反应本身的能耗和水耗。这为进一步发展我国煤转化制低碳烯烃战略新兴产业开辟了一条新的技术路线。

　　该研究成果于2016年发表在《科学》上，该杂志同期刊发了de Jong以《令人惊奇的选择性》为题的评述文章，认为OX-ZEO过程未来在工业上将具有巨大的竞争力。

　　（原载于《中国科学报》 2017-09-25 第6版 基金)