芳烃（苯、甲苯和二甲苯）作为重要的基础有机化学品，广泛应用于合成塑料、染料、香料、制药等行业。当前芳烃主要通过石油重整技术制备，从煤、天然气和生物质等其他非石油碳资源出发经合成气（一氧化碳与氢气混合气）制备芳烃具有广阔的前景。通过传统的费托合成路线，产物主要以链式饱和碳氢化合物为主，甲烷及链式烷烃无法进一步被转化为芳烃，这导致芳烃选择性不超过15%。合成气制芳烃的另一条可行途径是先将合成气转化为甲醇，再由甲醇制芳烃（MTA）。该两步法不仅存在步骤多，能耗高等问题，而且MTA反应催化剂因积碳问题而失活严重，MTA过程至今尚未实现商业化。

图1.合成气直接制芳烃两条路线：(a) 费托合成路线及(b) SMO甲醇中间体路线

近期，厦门大学王野教授团队利用反应耦合学术思想，巧妙设计出Mo掺杂ZrO₂/H-ZSM-5双功能催化剂，实现了合成气一步法制备芳烃的高选择性和高时空产率。这一新过程被称为SMA过程（Syngas-methanol-Aromatics），即合成气经由甲醇中间体直接制备芳烃。实现这一过程的难点是催化剂既要对CO进行加氢活化，同时也要避免低碳烯烃中间产物在高温条件下被加氢饱和。该研究的亮点之一是发现了以Mo作为ZrO₂助剂时，在保持芳烃选择性在75%以上的前提之下，可以获得20%的CO单程转化率和高芳烃时空收率。

图2.双功能Mo-ZrO₂/H-ZSM-5催化剂上合成气制芳烃及芳烃产物分布

动力学研究表明，双功能催化剂上的反应路径为合成气→甲醇→低碳烯烃→高碳烯烃→芳烃，其中合成气制甲醇为速率决定步骤。氢氘交换实验表明，相对于Al、Ce、Zn、Pd、Pt等助剂，Mo具有适中的活化氢气能力，如果加氢能力弱则导致催化剂活性低，加氢能力高则导致饱和烷烃的生成。另外研究发现，苯、甲苯和二甲苯在400摄氏度反应温度下极易进行烷基化和歧化反应，导致甲苯和二甲苯选择性低。通过对H-ZSM-5表面酸进行毒化，抑制轻质芳烃的烷基化和歧化反应，最终芳烃产物中苯、甲苯和二甲苯的选择性超过50%。该合成气一步法过程不仅缩短了从合成气到芳烃的工艺流程，而且具有极佳的芳烃选择性和稳定性，显示出良好的应用前景。

相关结果发表在ChemCatChem上，DOI: 10.1002/cctc.201801937

作者：Wei Zhou, Shulin Shi, Yang Wang, Dr. Lei Zhang, Dr. Yi Wang, Dr. Guoquan Zhang, Prof. Xiaojian Min, Dr. Kang Cheng, Prof. Qinghong Zhang, Dr. Jincan Kang and Prof. Ye Wang