將具有不同功能的催化活性組分合理集成為多功能催化體系，使反應(yīng)按照合成氣→二甲醚→乙酸甲酯/乙酸→乙醇→乙烯的方式，實(shí)施可控的接力催化反應(yīng)，以高選擇性成功制備出乙酸甲酯、乙醇和乙烯。

C2+含氧化合物，即含兩個(gè)或兩個(gè)以上碳原子的含氧化物如乙醇、乙酸、乙酸甲酯等是重要的大宗化學(xué)品或能源化學(xué)品。目前主要通過生物發(fā)酵、乙烯水合或甲醇/二甲醚羰基化等方法合成。從含一個(gè)碳原子的CO加氫（即合成氣）一步直接合成乙醇等C2+含氧化合物因催化活性、選擇性較低，難度大，成為C1化學(xué)領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的難題之一。

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王野教授課題組近期在C1化學(xué)領(lǐng)域取得新突破，相關(guān)成果“Direct Conversion of Syngas into Methyl Acetate, Ethanol and Ethylene by Relay Catalysis via the Intermediate Dimethyl Ether”作為VIP（Very Important Paper）論文發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI:?10.1002/anie.201807113)。

該課題組近期在合成氣直接制C2+含氧化合物方面取得重要突破。研究團(tuán)隊(duì)在前期發(fā)展的雙功能催化的基礎(chǔ)上(Angew. Chem. Int. Ed.?2016, 55, 4725;?Chem?2017, 3, 334;?Chem. Sci.?2018, 9, 4708)，發(fā)展接力催化(Relay Catalysis)的概念，將具有不同功能的催化活性組分合理集成為多功能催化體系，使反應(yīng)按照合成氣→二甲醚→乙酸甲酯/乙酸→乙醇→乙烯的方式，實(shí)施可控的接力催化反應(yīng)，以高選擇性成功制備出乙酸甲酯、乙醇和乙烯。

研究發(fā)現(xiàn)，二甲醚是關(guān)鍵的中間體。合成氣制二甲醚產(chǎn)生的水會(huì)抑制二甲醚羰基化反應(yīng)。研究通過在Cu-Zn-Al上發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)，巧妙地除去了水分子。將合成氣制二甲醚催化劑與絲光沸石H-MOR進(jìn)行組合，可高選擇性制乙酸甲酯/乙酸(選擇性達(dá)95%)。然而，H-MOR的十二元環(huán)上易發(fā)生MTH反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失活。通過脫除十二元環(huán)上的鋁，可顯著提高催化劑穩(wěn)定性。

研究表明，ZnAl2O4復(fù)合氧化物與H-MOR組合(ZnAl2O4│H-MOR)，在較高的溫度下亦可催化合成氣制乙酸甲酯/乙酸。利用具有三明治構(gòu)型的ZnAl2O4│H-MOR│ZnAl2O4組合，合成氣可直接轉(zhuǎn)化為乙醇，選擇性達(dá)52%。利用層-層重疊的ZnAl2O4│H-MOR│ZnAl2O4│H-MOR組合，合成氣可直接制備乙烯，選擇性約50%。拉近ZnAl2O4與H-MOR的接觸距離，乙烯選擇性可提升至65%。因此，通過改變ZnAl2O4與H-MOR的排列方式，成功實(shí)施了接力催化反應(yīng)，從合成氣直接獲得乙酸甲酯、乙醇或乙烯。

王野教授課題組長期致力于C1化學(xué)基礎(chǔ)研究，前期在開拓合成氣高選擇性轉(zhuǎn)化新路線方面已經(jīng)取得一系列突破性進(jìn)展。提出耦合CO加氫制高碳烴和高碳烴選擇加氫裂解和氫解的策略，設(shè)計(jì)出金屬納米粒子?多級(jí)孔沸石分子篩雙功能催化劑，獲得的汽油和柴油餾分選擇性分別達(dá)80%和65%，突破了傳統(tǒng)費(fèi)托合成的45%和39%。設(shè)計(jì)出耦合合成氣制甲醇/二甲醚和甲醇/二甲醚制烯烴、芳烴的催化劑，開辟了非費(fèi)托途徑的合成氣高選擇性制烯烴、芳烴的新路線。相關(guān)成果發(fā)表系列重要研究論文(Angew. Chem. Int. Ed.?2009, 48, 2565;?Angew. Chem. Int. Ed.?2011, 50, 5200;?Angew. Chem. Int. Ed.?2015, 54, 4553;?Angew. Chem. Int. Ed.?2016, 55, 4725;?Chem?2017, 3, 334;?Chem. Sci.?2018, 9, 4708)。該工作是在這些工作基礎(chǔ)上再次取得的重要進(jìn)展。

該工作是廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2017級(jí)博士生周偉，醇醚酯化工清潔生產(chǎn)國家工程實(shí)驗(yàn)室高工康金燦和能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心iChEM研究員成康等緊密合作的成果。南京大學(xué)彭路明教授在固體核磁和我院陳明樹教授在紅外光譜等表征中給予了支持。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFB0602201）和國家自然科學(xué)基金（91545203、21433008、21503174、21403177、21673188）的資助。

文獻(xiàn)信息：

Wang Y, Zhou W, Kang J, et al. Direct Conversion of Syngas into Methyl Acetate, Ethanol and Ethylene by Relay Catalysis via Dimethyl Ether Intermediate[J]. Angewandte Chemie, 2018.