近日，华东理工大学催化反应工程研究团队在丙烯环氧化催化材料领域取得重要进展。他们成功在无微孔二氧化硅表面精准构建了高分散的四配位钛物种，与金纳米颗粒形成高效协同催化体系，实现了丙烯与氢氧混合气直接合成环氧丙烷（HOPO）的高活性、高选择性与高稳定性，性能显著优于传统的Au/TS-1催化剂。

        含钛沸石（如TS-1）负载金催化剂在丙烯环氧化中虽表现优异，但其微孔结构易被积碳堵塞，导致快速失活，且传质限制影响选择性。为解决这一难题，研究团队提出在无微孔氧化硅表面构造孤立四配位钛位点的创新策略。

        团队通过精确控制高温（1000°C）裂解二氧化硅表面的硅羟基和硅氧烷桥键，形成欠配位氧位点，进而锚定钛物种。结合球差矫正电镜、固体核磁、紫外拉曼及紫外可见光谱等多种表征手段，证实所制备的Ti-SiO₂材料中钛物种以原子级分散的四配位形式存在，且比例高于传统TS-1分子筛。

        该材料具有弱酸性、高疏水性及无微孔结构三大优势。弱酸性抑制了环氧丙烷异构化等副反应；高疏水性通过PO-DRIFTS证实有利于产物环氧丙烷的脱附；无微孔结构则从根本上避免了因孔道堵塞导致的催化剂失活。

        催化性能测试表明，Au/Ti-SiO₂-II催化剂在丙烯环氧化反应中展现出优异的综合性能：环氧丙烷生成速率达130 g·h⁻¹·kg⁻¹，选择性高达93%，氢气利用效率为39%。在长达200小时的稳定性测试中，其活性与选择性保持稳定无衰减，远优于对比的Au/TS-1催化剂。

        该研究为设计高性能、长寿命的丙烯环氧化工业催化剂提供了全新思路，标志着无微孔氧化物负载型金-钛双功能催化剂迈向实际应用的重要一步。相关成果已发表于Chemical Engineering Journal (2024, 491, 151732)。

        本工作得到了国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划项目支持。

论文信息：
        Shudong Shi et al., Chemical Engineering Journal, 491(2024), 151732

        https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151732