分子开关(或响应不同环境刺激而变化的分子)已成功地改变了沸石催化剂的酸度，以提高多相催化(或促进化学反应的催化剂或分子的反应)中从甲醇生产对二甲苯的产率，反应物处于不同的相，例如液体和固体。

最近的一项研究表明，分子开关可以成功地改变中等酸性反应催化剂的氧化还原态或电荷，以提高催化剂活性、产物选择性和反应产率。

化学工程师团队最近采用铁基分子氧化还原开关，设计用于改变ZSM-5(沸石SoconyMobil-5)异质材料的酸度，将甲醇中对二甲苯(PX)的收率提高了约三到六倍催化剂。在该反应中，研究人员通过甲醇制芳烃(MTA)工艺生产了PX，同时结合铁基氧化还原开关来调节沸石基催化剂的酸度，减少副反应并提高总体反应产率。

该团队在《CarbonFuture》杂志上发表了他们的研究结果。

该研究的首席研究员、清华大学化学工程系教授钱伟忠表示：“具有[中等]酸度的沸石基催化剂对于从甲醇中获得高产率的对二甲苯来说至关重要。”中国北京大学和中国内蒙古鄂尔多斯实验室。

“但是反应(甲醇转化为芳烃)的纯粹还原导致催化剂的酸度[逐渐降低]以及对二甲苯产率的降低。[R]edox开关对于恢复酸度是必要的，”Qian说。

钱的团队选择氧化铁氧化还原分子开关来微调沸石基催化剂的酸度，因为它们能够轻松修改反应条件：例如，还原条件将甲醇转化为PX，而氧化条件则再生反应催化剂。铁开关的氧化还原状态由反应条件中存在的碳氢化合物或H2以及通过向反应中添加空气以创造氧化条件来控制。

该团队总共进行了16个反应催化剂再生循环，以确定分子开关的稳定性和反应效率。使用气相色谱法在反应期间的不同点测定每个反应的产物。

最终，铁基氧化还原开关通过80小时内的16个再生循环证明了稳定性。使用分子开关来调节催化剂酸度，使总收率比之前报道的MTA反应高出3至6倍，比石脑油催化重整反应高出5至10倍，石脑油催化重整反应是当今生产PX的主要方式。

“对二甲苯仍然是……用于服装生产的合成纤维(例如PET，每年产量超过6000万吨)中最重要的芳香族化合物。但其制备方法“这种方法通常效率低下，[需要]大量能源消耗[以及]长链反应和分离路线。[这]在碳中和时代是非常不受欢迎的，”钱说。

虽然分子开关经常用于其他领域，例如计算机科学和分子生物学，但它们在化学工程中很少用于再生催化剂。这项研究可能会推进氧化还原开关的使用，以提高其他化学反应的效率。

下一步，该团队希望提高反应催化剂的稳定性。总体而言，研究团队希望以尽可能最省时、最节能和最具成本效益的方式生产PX。“最终目标将是从甲醇直接生产高纯度和高产率的对二甲苯，[不需要]芳族复合物，这是石脑油催化重整生产对二甲苯的[过程]中最耗能的装置，”钱说。

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