在沸石分子筛催化的甲醇合成烃(MTH)反应中，碳正离子作为活性中间体起着关键作用。然而，碳正离子与水蒸气之间的相互作用及其对催化性能的影响仍然知之甚少。

近日，中国科学院武汉物理与数学研究所Jun Xu，Feng Deng利用微磁共振成像(μMRI)和固体核磁共振技术（NMR），研究了蒸气条件下环戊烯基阳离子在ZSM5孔内的亲水行为。

文章要点

1）环戊烯基阳离子的极性中心使它们能够捕获水分子并形成初级水核，从而在沸石孔内诱导水的吸附。环戊烯基阳离子在固定床反应器中的空间分布形成了一种梯度型的吸水剖面，这影响了MTH反应动力学。

2）具体地说，水分子显著促进了环戊烯基阳离子向芳香族化合物的转化。吸附水的亲核性促进了这种去质子化，加快了芳香烃池物种的形成速度。因此，低碳烯烃的选择性向优先产生乙烯的芳香基碳氢化合物储藏路径转移。

3）这些结果为沸石中的碳正离子反应如何被微量的弱吸附配体(如水)调节提供了新的机制见解。环戊烯基阳离子中间体对湿度的敏感性影响反应动力学和产物分布。

这项工作加深了对碳正离子化学的理解，并为在重要的工业相关转化中通过催化中心−配体相互作用进行动力学控制开辟了途径。

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Chao Wang, et al, Unraveling Spatially Dependent Hydrophilicity and Reactivity of Confined Carbocation Intermediates during Methanol Conversion over ZSM‑5 Zeolite, J. Am. Chem. Soc., 2024

https://doi.org/10.1021/jacs.4c01155