中国科学家解锁化工催化新范式，让分子筛从“筛分子”到“催化剂”

IT之家 10 月 22 日消息，据新华社，中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士、朱文良研究员团队在分子筛催化烯烃羰基化方向取得进展，相关论文于北京时间 10 月 21 日在线发表于《自然》。

该研究实现了水参与下丙烯羰基化制异丁酸、乙烯羰基化制丙酸两个新反应，反应过程不使用铑、铱等贵金属，也不依赖有机配体，仅由 FER 分子筛本身完成催化。

羰基化反应是现代化学工业的基础反应类型之一，将一氧化碳插入烯烃等底物分子，生成酸、酯、醇类化合物，醋酸、增塑剂醇、香料和医药中间体等产品均依赖这一反应路径。

工业主流路线长期使用贵金属配合物加有机配体，体系复杂、成本较高，且催化剂与产物处于同一液相体系，分离回收困难。分子筛作为固体酸催化剂，此前在羰基化中的成功案例有限，2017 年刘中民团队将分子筛用于二甲醚羰基化、支撑无水乙醇大规模工业化生产，首次表明分子筛本身可以充当羰基化催化剂，但该反应针对的是醚类底物，烯烃羰基化能否在分子筛上实现，此前缺乏系统依据。

烯烃羰基化的难点在于，烯烃在分子筛酸性位上容易发生聚合副反应，导致催化剂迅速失活。团队经过近三年攻关，利用 FER 分子筛的限域效应，在 5MPa 条件下将目标反应从副反应网络中“抽提”出来：丙烯羰基化生成异丁酸的选择性在 750 小时连续运行中保持在 95% 以上，乙烯羰基化生成丙酸的选择性在 100 小时测试中达到 80%。限域孔道在推动羰基化进行的同时抑制了烯烃聚合，而分子筛作为固体催化剂与产物天然分处两相，分离回收较液相体系更为简便。

比两个新反应本身更值得关注的是，论文揭示了一条可迁移的设计规律。实验动力学与理论计算表明，乙烯羰基化的主要活性位点是 FER 分子筛八元环中的 T2-O5 位，丙烯羰基化的主要活性位点则是十元环中的 T3-O1 位。

这意味着底物分子的大小与孔道开口的几何匹配，直接决定了哪条反应路径被选中。过去调节羰基化选择性主要靠反复调整催化剂配方试错，而这一机制提供了一种反向思路：先确定目标产物，再依据孔道几何预先指定活性位点的空间环境。

该工作为分子筛羰基化搭建了一个可反向预测、理性设计的通用框架，而非仅适用于 FER 一种分子筛的经验方案。

从产业化角度看，该成果仍处于实验室小试阶段。团队下一步将推进工艺放大，但烯烃羰基化从固定床小试走向连续工业装置，还需解决长周期运行中积碳控制、反应热管理以及一氧化碳 / 烯烃高配比条件下的物料循环等问题。

IT之家附论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-11183-2