甲烷脱氢芳构化（MDA）作为一种从非石油原料合成苯、甲苯和二甲苯（BTX）的技术，在碳中和过程中具有显著的环境效益。然而，目前关于Mo/HZSM-5催化MDA反应过程中强Brønsted酸位点（BAS）的催化作用机理尚不明确。因此，严重阻碍了高活性和抗积碳催化剂的开发。基于上述问题，沈阳航空航天大学-李润东校长团队通过比较硅沸石负载钼（Mo/Bsn-S-1）与Mo/HZSM-5，解决了围绕强B酸位点在MDA中作用的争议。通过制备具有内部锚定钼物种的Mo/Bsn-S-1构建强金属-载体相互作用，解决了因缺乏锚定位点导致的Mo/Silicalite-1催化活性无法与Mo/HZSM-5相媲美的问题。通过物理混合Mo/Bsn-S-1与HZSM-5并与双功能催化剂对比，研究揭示MDA遵循以烃池机理为主的双功能机制，其中强B酸位点主要起辅助作用。研究表明：与钼物种空间邻近的强B酸位点通过烃池自催化反应提升芳烃收率，而空间非邻近的强B酸位点则催化中间体环化缩聚生成多环芳烃和积碳。该研究为澄清强B酸位点在MDA中作用的争议提供了关键证据，并为设计更好利用B酸位点平衡催化活性与抗积碳性能的催化剂奠定了重要理论基础。
图1. 原位热重-质谱联用（operando TGA-MS）实验所得TG/DTG曲线及对应的MS信号：(a ，b) 3Mo/HZSM-5 ，(c ，d) 3Mo/Bsn-S-1-25.
为明确3Mo/HZSM-5与3Mo/Bsn-S-1-25催化反应中碳平衡差异，研究人员通过中国科学院山西煤炭化学研究所-公共技术中心高温热分析仪实现了反应过程中反应产物的原位追踪分析。图1显示，相较于3Mo/HZSM-5，3Mo/Bsn-S-1-25的气相产物（乙烯、氢气）信号比例上升，而高碳数液相产物（如芳烃类的二甲苯、萘、蒽）信号比例下降。这表明BAS的存在促进了乙烯向芳烃转化极大碳数芳烃形成。此外，TG/DTG曲线显示两种催化剂均呈现两步增重：（i）快速增重阶段对应软焦形成；（ii）缓慢增重阶段对应硬焦形成。不含BAS的3Mo/Bsn-S-1-25积焦量更大，其中快速增重阶段积焦量（0.5 wt%）高于3Mo/HZSM-5（0.2 wt%），暗示BAS可能影响甲烷向烃池物质转化或促进烃池裂解。
相关研究发表于ACS Catal标点符号重复！2024 ，14 ，11591-11603.
Hongxiang Zhang ，Lihong Wei* ，Yuewen Sun ，Ce Wang ，Yanlong Li ，and Rundong Li ，Brønsted Acid Site Catalytic Role in Methane Dehydroaromatization over Mo/HZSM‑5 ，ACS Catal标点符号重复！2024 ，14 ，11591-11603.
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