甲醇制烯烃(MTO)反应能够实现以煤代油的战略目标，满足人类日益增加的石油需求。此外，MTO反应研究的是固体酸催化的从C1到C2的变化过程，具有重要的理论意义。在分子筛催化剂ZSM-5和SAP0-34上，MTO的基本产物是乙烯。有机中间体机理(Hydrocarbon pool mechanism)在解释乙烯的形成上已经获得了广泛的认同。被称为Hydrocarbon pool的有机中间体在MTO反应中起到骨架的作用，C1物质(甲醇、二甲醚或表面甲氧基)不断与有机中间体反应并连接到上面，产物乙烯从有机中间体上剥离即可得到。多甲基苯和环戊烯正离子是最活泼的有机中间体物质。但是，由于形成芳香烃和结焦等二级反应的存在，使得MTO反应变得复杂，因此最初的烯烃和有机中间体是如何形成的仍然没有得到清楚地解释。本文关注于MTO反应的基本过程，从理论方面进行了深入研究，并对反应过程从分子层次给予了解释。主要研究内容分为以下几个部分：　　 一、系统构筑各种不同孔道结构的分子筛及其MTO性能研究　　 为了利用分子筛结构的择形能力来调控MTO反应，作者对分子筛结构进行了系统筛选。然后分别构筑了筛选出的四种不同结构的分子筛催化剂ZSM-11(MEL型)、SAP0-34(CHA型)、SAP0-5(AFI型)和ZSM-22(TON型)，并分别研究了它们的MTO反应催化性能。通过对MTO反应性能与分子筛结构之间的联系与对比，发现只有当分子筛结构能够让有机中间体机理能够发挥作用时MTO反应才能够发生并生成烯烃，ZSM-22的特殊孔道结构能够抑制MTO反应的有机中间体机理和二级反应，是作者研究MTO反应机理的理想环境。　　 二、MTO反应中表面甲氧基作用的研究　　 在分子筛催化剂上，甲醇很容易脱水生成表面甲氧基，但是表面甲氧基在MTO反应中的作用一直存在争议。在ZSM-22上由于没有有机中间体机理和二级反应的影响，便于我们研究表面甲氧基的作用。作者发现当流动法使甲醇通过ZSM-22表面时，生成的痕量烯烃的量随温度的升高没有发生改变。而若对分子筛酸位或者反应物甲醇进行同位素标记，发现在温度高达500℃时分子筛酸位上的H都不能和表面甲氧基发生H/D交换反应，表明表面甲氧基上的C-H不易发生活化。这些结果证实了表面甲氧基之间难以直接反应生成初始烯烃，然而表面甲氧基可以与生成的烯烃发生甲基化反应。　　 三、MTO反应中烯烃的碳链同源链增长过程研究　　 在分子筛催化剂ZSM-22上，没有有机中间体机理和二级反应的影响，便于研究MTO反应中有机中间体机理之外的其他反应过程。我们用13C标记的甲醇和乙醇或丙醇在ZSM-22共反应，得到了清晰的乙烯和丙烯的碳链同源链增长反应过程，即烯烃一个碳接着一个碳实现链增长的过程。老化的Ferrierite和ZSM-22具有类似的孔道结构，在老化的Ferrierite上，烯烃的碳链同源链增长过程同样得到了清晰地观测。此外，作者还观测到了苯乙烯的碳链同源链增长过程。烯烃的碳链同源增长过程可能是初始的烯烃生成初始有机中间体的具体途径。　　 四、MTO反应中有机中间体生成乙烯步骤的研究　　 有机中间体机理是MTO反应诱导期过后生成烯烃的主要途径，作者在ZSM-22上对有机中间体生成烯烃的具体步骤进行了研究。当甲醇和甲苯在ZSM-22上进行共反应时，对甲醇上的H用D标记，然后追踪D的去向，发现在即使没有烯烃产物生成时D原子仍能够进入甲苯。通过对D原子进入甲苯途径的分析，作者发现甲醇中的C-D键能够通过Paring机理进行活化而进入甲苯，从而印证了Paring机理可能是MTO反应过程中有机中间体生成烯烃的具体步骤。