华东理工大学教授王海丰课题组从动力学定量层面阐明了分子筛“拉动”效应调控反应选择性的微观机制，并推导出了双功能金属氧化物-分子筛（OX-ZEO）催化剂优化的普适性原则与定量公式，对于揭示OX-ZEO催化体系的协同机制具有广泛意义，同时可为其他相关串联催化过程描述提供参考。相关研究成果近日发表于《自然-催化》。

近年来，OX-ZEO催化体系因在合成气直接转化制低碳烯烃中表现出优异的选择性而受到广泛关注。在该催化体系中，合成气首先在金属氧化物组分上转化为乙烯酮（CH₂CO）中间体，随后扩散至分子筛孔道内进一步转化为低碳烯烃，突破了传统费托合成中产物选择性ASF分布的限制。然而，金属氧化物与分子筛两组分之间的协同催化机制长期缺乏清晰的理论认知，严重制约了催化剂的理性优化与设计。

针对此问题，研究团队以锌铬氧化物（ZnCrO_x）/丝光沸石（MOR）催化剂为模型体系，分析得到该体系的完整反应网络能量学数据，并建立了扩散介导的双组分微观动力学模型，实现了对OX-ZEO催化体系的完整时空演化动力学描述。

在此基础上，研究团队分析发现，在无分子筛组分时，ZnCrO_x氧化物上的主要产物为甲烷（CH₄）；引入MOR分子筛后，低碳烯烃选择性跃升至92%，CH₄仅占8%。进一步地，研究团队从动力学定量层面阐明了分子筛“拉动”效应调控反应选择性的微观机制。

研究团队同时发现，两组分的空间耦合距离对产物选择性呈现倒U形的非线性调控规律。具体而言，当两组分间距大于5.0毫米时，扩散成为速率控制步骤，CH4选择性占主导；当间距减小至约0.20 毫米时，催化性能达到最优；当间距进一步减小至化学键合尺度时，锌（Zn）物种会迁移至分子筛孔道形成[ZnOH]⁺活性中心，促进乙烯（C₂H₄）加氢生成乙烷（C₂H₆），导致低碳烯烃选择性下降。

基于上述机理认识，研究团队建立了OX-ZEO体系的广义反应-扩散耦合动力学模型，推导出了催化剂优化的普适性原则与定量公式以及最优组分匹配判据，为高性能OX-ZEO催化剂的开发设计提供了依据。该模型预测结果与实验数据高度吻合，同时，研究团队提出了若干具有潜力的新组分组合方案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-026-01546-3