從環(huán)保角度而言，將天然氣/頁巖氣中廉價易得的C1-C3輕質(zhì)烷烴直接轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)化學(xué)品極具吸引力，其也是替代當(dāng)前油基轉(zhuǎn)化路線一種有競爭力的工藝。輕質(zhì)烷烴具有很高的化學(xué)惰性，而反應(yīng)的目標(biāo)產(chǎn)物相對活潑，其容易進一步發(fā)生非選擇性反應(yīng)，目前的研究主要集中在通過催化劑設(shè)計和反應(yīng)器工藝條件優(yōu)化等提高產(chǎn)物的選擇性。水蒸氣或者液態(tài)水對輕質(zhì)烷烴轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品反應(yīng)具有重要影響。在此背景下，近日中國石油大學(xué)（北京）重質(zhì)油全國重點實驗室姜桂元教授、德國萊布尼茲催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授在ChemCatChem上發(fā)表了題為“Mechanistic and Kinetic Insights into H2O Effects in the Conversion of C1-C3 Hydrocarbons to Value-added Products”的綜述性文章。該文章對水在C1-C3烴轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品的機理和動力學(xué)研究的最新進展進行了評述（圖1），目的是闡明水蒸氣或者液態(tài)水在C1-C3烷烴轉(zhuǎn)化為C2+烴、甲醛、甲醇、乙烯、乙酸和丙烯過程中對催化劑活性和選擇性的影響。此外，還旨在找出水蒸氣/液態(tài)水效應(yīng)基本原理的異同，從而為催化劑設(shè)計或反應(yīng)器優(yōu)化操作提供指導(dǎo)。
文章指出，水蒸氣/液態(tài)水的作用取決于催化劑的種類和反應(yīng)條件。水蒸氣可以通過以下方式影響催化劑活性、穩(wěn)定性以及產(chǎn)物選擇性：（1）在反應(yīng)條件下原位形成特定的催化劑相和/或表面羥基；（2） 加速反應(yīng)產(chǎn)物的脫附和/或抑制其再吸附；（3）參與形成催化氣相反應(yīng)的OH·自由基；（4）氧化催化劑表面積碳，從而再生催化活性位點或活性物種。
圖1. 圖文摘要 為了深入理解并充分利用水蒸氣的積極作用，文章還提出了如下建議：（1）與目前O2作為氧化劑烷烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)中研究較多的氧物種作用機制相比，水蒸氣在烷烴氧化反應(yīng)中的研究比較少，其對催化劑活性和產(chǎn)物選擇性影響的本質(zhì)尚未形成共識，因此需要在更多催化材料上進行系統(tǒng)研究；（2）在MnOx-Na2WOx催化劑體系中，水蒸氣在高溫條件下對其釋放晶格氧能力的增強作用為提高化學(xué)鏈烷烴氧化反應(yīng)性能提供了可能性，應(yīng)更深入地闡明這種影響的作用機制并將其應(yīng)用于其他催化劑的設(shè)計上；（3）使用液態(tài)水作為非反應(yīng)性進料組分是將甲烷氧化為甲醛的一種新方法，應(yīng)進一步研究其潛力，并將其擴展到乙烷和丙烷氧化為相應(yīng)的烯烴或含氧化合物；（4）為了有目的地開發(fā)催化劑以提高其在水蒸氣共進料或液態(tài)水存在下的反應(yīng)性能，需要使用原位動態(tài)表征技術(shù)、理論計算以及時間分辨動力學(xué)技術(shù)進行更深入的機理/動力學(xué)研究。 論文信息 Mechanistic and Kinetic Insights into H2O Effects in the Conversion of C1?C3 Hydrocarbons to Value-added Products Juan Chen, Anna Zanina, Jianshu Li, Kai Wu, Prof. Guiyuan Jiang, Prof.?Dr. Evgenii V. Kondratenko ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202400571
