碳正離子是分子篩催化碳氫化合物轉化的關鍵反應中間體，在分子篩催化過程中，原料或催化劑再生過程中常含有微量氧氣，其對催化反應的作用機制尚不明晰。

　　近日，中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院團隊，揭示了微量分子氧可明顯改變分子篩孔道限域環(huán)境中關鍵反應中間體——碳正離子的反應路徑，進而調控甲醇制碳氫化合物等重要催化反應的選擇性與催化劑壽命。

　　研究團隊結合原位固體核磁共振譜、原位紫外—可見光譜、在線質譜等多種技術手段，探討了ZSM-5分子篩上碳正離子中間體在含氧氣氛中的反應行為。研究發(fā)現(xiàn)，即使是低至ppm級的微量氧氣，也可明顯促進環(huán)戊烯基碳正離子的轉化。氧氣可使環(huán)戊烯基碳正離子發(fā)生羥基化，繼而轉化為環(huán)戊烯酮類物種，進一步發(fā)生芳構化反應生成芳烴。通過同位素17O2標記實驗，研究人員利用17O NMR證實了分子氧中的氧原子進入環(huán)戊烯酮的羰基，為氧化機制提供了直接證據(jù)。

　　該研究揭示了氧氣在分子時催化反應中的雙重作用：一方面，它通過氧化碳正離子中間體，促進了芳烴產(chǎn)物的生成，改變了烯烴/芳烴選擇性分布；另一方面，氧化反應也加速了多環(huán)芳烴等積碳前驅體的生成，從而加速了催化劑的失活。這一氧化機理同樣適用于乙烯轉化等反應，表明氧氣對碳正離子反應性的調控作用具有普適性。

　　該研究為學界理解實際催化體系中微量氧化劑對反應路徑的調控機制提供了新見解，也為催化劑性能優(yōu)化提供了新策略。

　　相關研究成果發(fā)表在《美國化學學會雜志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。