基于材料基因工程的分子筛催化材料创制及工业应用

杨为民*

中国石化上海石油化工研究院，绿色化工与工业催化国家重点实验室，上海，201208，中国

摘要：基于“理性设计-高效实验-数据技术”深度融合和全过程协同的材料基因工程技术是加速新材料开发的颠覆性前沿技术。催化材料是支撑化学工业的关键材料，面向化学过程绿色化和精准化的重大需求，发展新结构高效催化材料意义重大，突破催化材料传统“经验试错法”研发模试，发展基于材料基因工程技术为高效开发催化新材料提供了重要契机。

针对催化材料的“多相、多态和多尺度”特征和构效关系对应复杂性的难题，发展材料基因工程的催化材料开发，面临高通量计算建模、高通量制备和表征实验方法和催化材料数据库建立等技术挑战，近年来国内外在高通量计算、高通量实验和高通量表征等催化新材料开发取得重要进展，成为催化材料研究的重要前沿和热点。

本文概述了国内外在基于材料基因工程的催化材料研发的重要进展和发展趋势，总结了本团队利用材料基因工程技术在分子筛催化新材料设计、创制及工业化应用的实践：（1）基于催化反应关键描述因子的理论计算和高通量实验，设计并合成的超薄层状MWW结构纳米片分子筛催化材料，实现催化材料工程化放大，发展新一代低碳型苯与乙烯液相烷基化制乙苯催化剂，在多套大型工业装置成功应用，进一步促进乙苯生产过程节能降耗；针对炼油厂稀乙烯资源的增值利用，结合理论模拟，开发了形貌择向MFI分子筛催化新材料，提高了催化剂选择性和寿命，并开发了大型成套工艺技术，实现成套技术和催化剂工业应用，为石油资源高效利用提供了重要解决方案。（2）利用工业开发级的分子筛高通量合成实验装置，实现了分子筛催化材料从材料发现、制备、表征到性能评价的全流程高效筛选，发现了SCM-14和SCM-15两种具有全新结构的分子筛，被国际分子筛协会结构委员会授予结构代码SOR和SOV，实现了国内企业在该领域零的突破。针对丁烯双键异构化催化过程，进行了SCM-14新结构分子筛制备扩试和催化性能研究，显示了良好的催化性能，具有工业应用前景。

“材料基因工程技术”将成为未来催化新材料开发的核心技术，为化工产业解决“资源与环境”挑战提供重大支撑；而从“材料基因工程”研发技术创新到“产-学-研一体化”研发模式创新将为颠覆性新材料的开发带来新的机遇。

关键词：材料基因工程，高通量，分子筛，催化材料，绿色化工

致谢：国家重点研发计划：绿色高效化工催化新材料的高通量开发和应用（2017YFB0702800）