煙臺大學的丙烯直接氧化制環氧丙烷Au/ZrO2催化劑研究獲進展

近日，煙臺大學的研究團隊開發了系列鋯基金催化劑，用于催化在丙烯、H2和O2共存下制備環氧丙烷(PO)的反應，PO選擇性為100%。相關研究成果發表于《催化學報》雜志。

與傳統的氯醇法和有機過氧化氫法相比，氣相丙烯環氧化制PO是一種綠色、可持續的反應。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生環氧化反應，其PO選擇性大于90%。然而，該反應過程除生成目標產物PO外，還會發生其他副反應，如丙烯醛的形成，PO的異構化和裂解。因此，提高PO選擇性是丙烯環氧化反應的研究熱點之一，其研究主要集中于活性相為Cu、Ag等負載型催化劑。

據文獻報道，金與其他金屬氧化物如Al2O3，SiO2，Fe2O3，Co3O4，ZrO2的結合不能催化丙烯的部分氧化，而是產生H2O和CO2，因此非鈦載體材料負載金催化劑的研究很少。

該研究團隊以四方相(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直接氣相環氧化反應。研究發現：當納米金粒子的量與活性中心數目相匹配時，在Au/t-ZrO2和Au/m-ZrO2上均獲得100% PO選擇性；通過評價具有不同金負載量的ZrO2對丙烯氣相氧化的催化活性，結合載體的結構特點及表面結構表征，推測PO在Au/ZrO2上的生成機理與在鈦基催化劑上類似，活性位點為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載量的匹配是實現高PO選擇性的重要因素。

下一步研究將通過尋找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，并抑制副產物丙烯醛的生成，有望提升Au/Zr基催化劑對丙烯環氧化的性能。