近日，华东理工大学催化反应工程团队在高效金-钛双功能催化剂制备方面取得重要进展。他们创新性地采用氨水作为沉淀剂，通过改进的沉积-沉淀（DP）法，成功在未煅烧钛硅分子筛TS-1-B上同时实现了小尺寸金颗粒（约1.6 nm）的均匀负载与缺陷Ti物种（Ti(OSi)₃OH）数量的显著增加。该方法制备的催化剂在丙烯与氢气、氧气直接环氧化合成环氧丙烷（HOPO）反应中，展现出极高的活性、选择性与氢气利用效率，性能显著优于传统的DP尿素法及其他已报道的催化剂。

        丙烯环氧化制环氧丙烷是重要的化工过程，金-钛双功能催化剂的性能高度依赖于金颗粒尺寸与钛物种的活性。传统方法难以在未煅烧TS-1上同时获得超小尺寸金颗粒与丰富的活性钛位点。

        本研究提出的氨水调控沉积-沉淀法，通过挥发氨气至HAuCl₄与TS-1-B的混合浆液中，实现了双重调控：一方面，氨水处理促使部分≡Ti-O-Si≡键水解，生成更多具有更高反应活性的缺陷Ti(OSi)₃OH物种；另一方面，在碱性条件下形成带正电荷的金-氨络合物（如Au(NH₃)₂(H₂O)₂ₓ(OH)ₓ³⁻ˣ⁺），通过静电作用强吸附于带负电的TS-1-B表面，极大促进了金前驱体的均匀沉积与超高负载效率（近100%）。

        所制备的 0.08 wt% Au/TS-1-B-DPA催化剂 在200°C反应条件下，环氧丙烷生成速率高达300 g·h⁻¹·kg⁻¹，选择性达94%，氢气效率更是达到53%，在约8.5%的丙烯转化率下，其综合性能已接近工业化目标（10%转化率、90%选择性、50%氢气效率）。该催化剂的性能远超参比DPU法制备的催化剂及其他文献报道的Au/未煅烧TS-1催化剂。

        机理研究表明，丰富的缺陷Ti(OSi)₃OH物种不仅本身是更高效的环氧化活性中心，还提供了更多的金吸附位点，协同促进了反应中间体Ti-OOH的形成与转化，并抑制了副反应。同时，超小尺寸的金颗粒提供了更多的低配位金活性位，有利于氧与氢的吸附活化。

        该工作不仅开发了一种可同时调控金属分散度与载体活性位点的普适性制备策略，也为设计新一代高性能沸石负载贵金属催化剂提供了新思路。相关成果已发表于Journal of Catalysis (2022, 416, 410-422)。

        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：
        Zhihua Zhang, et al., Journal of Catalysis, 416 (2022), 410-422

        https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.11.019