什么是串联催化反应-PLS-MRRS催化反应系统

在催化反应中，有一些化学转化反应可能涉及一个或多个反应步骤，第一步反应的生成物可能是第二步反应的反应物，通常称之为串联催化反应。 

串联催化反应指的是两个及两个以上的独立反应在催化反应体系中相继发生的过程。 

串联催化反应过程中不需要另外分离和提纯的步骤，可以减少反应步骤、能量消耗和副产物的产生，可以最大化节省反应物用量，有效提升催化反应的效率。 

串联催化反应中，所有催化剂在实验准备阶段均已加入到催化反应体系中，在催化反应过程中无需添加催化剂，有效优化复杂的反应过程。

串联催化反应中的串联可以有两种含义： 

①两种不同的催化反应机理同时作用； 

②催化反应一个接一个地连续进行。

串联催化反应通常分为 

1. 正交串联催化反应 

2. 自串联催化反应 

3. 辅助串联催化反应

1. 正交串联催化反应 

正交串联催化的特征是互相独立，正交催化过程中会涉及到两种及两种以上不同作用且互不干扰的催化剂，如示意图1所示，反应物A首先与催化剂A进行反应，得到产物A，在进行下一级反应时，产物A作为反应物B与催化剂B进行反应生成产物B。 

在正交串联催化反应中，一旦发生催化反应A，生成产物A，两个催化反应将同时进行。 正交串联催化反应因整个反应体系中包含两种及两种以上的催化剂，可有效避免因单一催化剂造成的反应局限性。

图1. 正交串联催化反应示意图

2. 自串联催化反应 

自串联催化反应指的是通过单一催化剂进行反应，反应过程包含两种及两种以上的不同反应机理。在自串联催化反应开始前，需事先将反应中所需要的所有反应物和催化剂加入到反应体系中，在触发第一个催化反应后，其他后续反应会自发地接连发生，如图2所示，反应物A通过催化剂A转化为产物A，然后产物A作为反应物B进入下一个反应，再次通过催化剂A得到产物B。 

在理想状态下，自串联催化反应是根据反应物分子的转化依次进行的，但宏观意义上，他们是同时反应的。

图2. 自串联催化反应示意图

3. 辅助串联催化反应 

辅助串联催化反应是在反应过程中，通过改变原有的反应条件来改变催化反应机理，可以扩大原本单一催化剂的催化转化范围、性能和选择性，如图3所示，催化剂A可完成第一步催化反应过程，当向反应体系中添加辅助试剂后，催化剂A转变为催化剂B，对反应物进行催化转化。 

与自串联催化反应不同的是，辅助串联催化反应中的两种反应不能同时发生。

图3. 辅助串联催化反应示意图

针对以上不同类型的串联催化反应，泊菲莱科技推出适用于非均相串联催化反应装置——PLS-MRRS催化反应系统，适用于甲烷重整反应、甲醇-H2O重整反应、CO2还原反应、加氢反应、费托合成、VOCs降解和CO氧化反应等催化反应类型。 PLS-MRRS催化反应系统采用固定床式反应器类型，可允许气体和液体同时参与反应，可根据自身反应需要选择单一反应炉或多个反应炉，目前最多可扩展至四级串联反应炉。

参考文献

 [1] Deryn E. Fogg∗, Eduardo N. dos Santos∗, Tandem catalysis: a taxonomy and illustrative review[J]. Coordination Chemistry Reviews, 2004, 248: 2365. 

[2] Niladri Maity, Srikanta Patra∗, Recent advances in (hetero)dimetallic systems towards tandem catalysis[J]. Coordination Chemistry Reviews, 2021, 434: 213803. 

[3] Yahya Gambo, Sagir Adamu, Mohammad M. Hossain∗ et al., Tandem catalysis: A sustainable alternative for direct hydrogenation of CO2 to light olefins[J]. Applied Catalysis A, General, 2022, 641: 118658 

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