近日，中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室李德宝研究员、贾丽涛研究员团队在甲烷氧化偶联（OCM）催化剂构效关系研究中取得重要进展，研究成果以“From full-range pore analysis to CFD simulation: A joint experimental-numerical study of an industrial OCM catalyst”为题，发表于国际化工领域期刊《AIChE Journal》。

OCM反应可将天然气一步制乙烯，是替代补充现有工艺的变革技术，但受产物收率低、催化剂稳定性差限制。孔结构工程可在不改变活性组分的条件下突破瓶颈。工业催化剂存在纳米到数十微米的多级孔，调控物质扩散与脱除。传统表征覆盖孔径有限、多具破坏性，数值模拟常简化为均质介质，难以准确描述传递-反应耦合，不利于指导工业放大。针对该难题，研究团队结合实验与模拟开展系统研究。

研究团队整合扫描电镜、N₂吸附、压汞法及X射线显微CT（micro-CT）四种表征手段，实现OCM催化剂纳米至数十微米全尺度孔结构定量表征，micro-CT在该催化剂孔结构定量分析中的系统性应用为业内首次。该方法可无损三维可视化颗粒内部孔道，精准揭示孔隙率、孔径由颗粒中心向边缘递减的非均匀分布，证实其源于成型时液滴固化与溶剂蒸发差异。成果弥补传统表征局限，为揭示催化剂成型、结构与性能的关联提供新微观依据。

团队前期建立孔结构空间分布模型，对比五种径向分布模式的催化性能，证实孔径、孔隙率由外至内递减的构型拥有最佳扩散-反应协同性能，但该理论最优构型与现有工业催化剂差距显著，说明孔结构仍有很大优化空间（Chem. Eng. J., 518 (2025) 164663）。该系列工作结合实验与模拟阐明OCM催化剂“孔结构-传递-反应”构效关系，指出平均结构简化模型的不足，为工业催化剂传质瓶颈突破和孔结构定向调控提供理论支撑。

同时，团队围绕催化剂表面氧物种调控，形成"氧迁移调控-晶格氧钝化-活性氧选择性生成"的递进式研究脉络，揭示吸附氧进入氧化物体相、再迁移转化为表面氧的演化路径，并通过组分调控与异质结构构建，抑制甲烷深度氧化，提高目标产物选择性(Chemical Engineering Science 327(2026)123673、331(2026)123986、332(2026)124101、Journal of Fuel Chemistry and Technology 54(2026)20250374等)。

以上系列成果为高效OCM催化剂开发提供了理论支撑。目前，该技术已完成百毫升级流化床工艺全流程技术验证，稳定运行超过1000小时，具备中试放大条件。

原文链接：https://doi.org/10.1002/aic.70583