化工革新技术，甲醛甲基化的奥秘

甲醛甲基化反应是合成甲醇的关键步骤。近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员黄延强、杨维慎团队在连续甲醛甲基化技术方面取得新进展，研究成果发表在《自然-通讯》。该研究通过设计新型的催化剂，实现了甲醛分子的快速活化，为高效甲醇合成提供了新策略。

“我们的研究从理论和实际两个层面出发，一方面基于量子力学计算方法，对催化剂的构效关系进行深入研究;同时结合实验结果，探索催化剂活性中心与反应机理之间的关联。” 黄延强介绍。

据介绍，甲醇是一种重要的化工原料和清洁能源，其合成通常需要经历甲醇合成和水煤气变换两个步骤。其中，甲醛甲基化作为甲醇合成的关键步骤，具有反应物浓度低、反应活性低的特点，制约了甲醇合成的速率和效率。

研究人员通过量子力学计算方法，揭示了金属氧化物催化剂的氧空位缺陷结构对甲醛活化的影响机制，并以此为基础，开发了一系列具有高本征活性的金属氧化物催化剂。这些催化剂不仅表现出高的甲醛转化率和甲醇选择性，而且在低温下也显示出优异的稳定性，有望用于低温低压的甲醇合成工艺。

在研究中，研究人员还通过原位表征手段，系统考察了催化剂的活性中心及其在反应过程中的演化规律。他们发现，甲醛甲基化反应主要发生在催化剂表面的金属-氧配位不饱和位点上。这些位点的暴露度和电子性质直接影响着甲醛的吸附和活化过程。

研究还表明，在甲醛甲基化反应中，催化剂的氧空位缺陷结构能够有效促进甲醛分子的极化和活化。这一发现为理解甲醛在催化剂表面的反应行为提供了新的视角，并为设计高性能甲醇合成催化剂提供了理论指导。