近日，中國科學院大連化學物理研究所低碳催化與工程研究部研究員朱文良、中科院院士劉中民團隊在甲烷轉化制取乙酸研究中取得新進展。團隊在前期分子篩催化CO和小分子化合物羰基化轉化研究基礎上（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2022；J. Catal.，2021；Catal. Sci. & Tech.，2021），進一步提出和發展了分子篩催化氯甲烷一步高選擇性制備乙酸新路徑，為甲烷轉化制高附加值化學品的研究提供了新思路。
乙酸是重要的有機化工原料，廣泛應用于生產乙酸乙烯酯、乙酸酐以及乙酸酯等精細化學品。隨著天然氣開采技術的日趨成熟，天然氣有望成為未來石油資源的替代品，因此發展其高效定向轉化對能源體系的低碳轉型具有重要的戰略意義。由于甲烷高度穩定，其直接、定向轉化制乙酸面臨巨大挑戰。因此，亟需探索一條高效、經濟的甲烷定向轉化為乙酸的新路徑。
大連化物所提出甲烷經氯甲烷羰基化高選擇性制取乙酸反應策略
鹵代甲烷是甲烷的重要衍生物，其直接轉化制高附加值化學品是甲烷轉化的重要研究方向。前期，該團隊報道了一種氯甲烷與CO耦合高選擇性制備芳烴的新路線（Angew. Chem. Int. Ed.，2022）。然而，迄今為止，鹵代甲烷制備含氧化合物的研究較少，且現有報道難以擺脫均相、貴金屬催化劑的限制，這也為鹵代甲烷高效定向轉化為乙酸的工作帶來挑戰。
本工作中，該團隊首次實現了分子篩催化氯甲烷一步高選擇性制備乙酸，在2.0MPa、250 條件下，以改性絲光沸石為催化劑，乙酸和乙酸甲酯選擇性可達99.3%。此外，團隊還系統研究了分子篩拓撲結構、酸性質以及反應條件對催化性能的影響，發現一維孔道絲光沸石分子篩具有較高的氯甲烷羰基化性能，并進一步證實了絲光沸石8元環側口袋酸中心為氯甲烷羰基化反應的活性中心。借助原位紅外、同位素示蹤等表征手段開展反應機理的研究，團隊提出了氯甲烷在酸性分子篩上羰基化生成乙酸的反應機理。
相關研究成果以“Highly Selective Carbonylation of CH3Cl to Acetic Acid Catalyzed by Pyridine-Treated MOR Zeolite”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，該工作的第一作者是大連化物所博士研究生房旭東。上述工作得到國家自然科學基金、國家高層次人才特殊支持計劃、大連高層次人才創新支持計劃、中科院A類先導專項“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”等項目的支持。
