煙臺(tái)大學(xué)的丙烯直接氧化制環(huán)氧丙烷Au/ZrO2催化劑研究獲進(jìn)展

近日，煙臺(tái)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了系列鋯基金催化劑，用于催化在丙烯、H2和O2共存下制備環(huán)氧丙烷(PO)的反應(yīng)，PO選擇性為100%。相關(guān)研究成果發(fā)表于《催化學(xué)報(bào)》雜志。

與傳統(tǒng)的氯醇法和有機(jī)過(guò)氧化氫法相比，氣相丙烯環(huán)氧化制PO是一種綠色、可持續(xù)的反應(yīng)。在H2和O2共存下，沉積在銳鈦礦TiO2表面的金納米粒子能催化丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，其PO選擇性大于90%。然而，該反應(yīng)過(guò)程除生成目標(biāo)產(chǎn)物PO外，還會(huì)發(fā)生其他副反應(yīng)，如丙烯醛的形成，PO的異構(gòu)化和裂解。因此，提高PO選擇性是丙烯環(huán)氧化反應(yīng)的研究熱點(diǎn)之一，其研究主要集中于活性相為Cu、Ag等負(fù)載型催化劑。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，金與其他金屬氧化物如Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，Co3O4，ZrO2的結(jié)合不能催化丙烯的部分氧化，而是產(chǎn)生H2O和CO2，因此非鈦載體材料負(fù)載金催化劑的研究很少。

該研究團(tuán)隊(duì)以四方相(t-)、單斜相(m-)和混合相(co-)ZrO2為載體，采用沉積-沉淀法制備系列鋯基金催化劑，用于丙烯、H2和O2直接氣相環(huán)氧化反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)納米金粒子的量與活性中心數(shù)目相匹配時(shí)，在Au/t-ZrO2和Au/m-ZrO2上均獲得100% PO選擇性；通過(guò)評(píng)價(jià)具有不同金負(fù)載量的ZrO2對(duì)丙烯氣相氧化的催化活性，結(jié)合載體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及表面結(jié)構(gòu)表征，推測(cè)PO在Au/ZrO2上的生成機(jī)理與在鈦基催化劑上類似，活性位點(diǎn)為Au與ZrO2中的Zr-O四棱錐，丙烯醛則生成于Au附近的氧空位；載體表面羥基含量和金負(fù)載量的匹配是實(shí)現(xiàn)高PO選擇性的重要因素。

下一步研究將通過(guò)尋找Zr-O四棱錐、金載量和表面羥基三者之間的最佳匹配入手，減少氧缺陷，并抑制副產(chǎn)物丙烯醛的生成，有望提升Au/Zr基催化劑對(duì)丙烯環(huán)氧化的性能。