近日，一项发表在《Chem Catalysis》上的研究提出了一种基于反应机理设计的催化剂活性位点构建策略，成功实现了丙烯直接环氧化反应中环氧丙烷（PO）的高效、稳定合成。该研究由华东理工大学与挪威科技大学合作完成，为工业催化剂的理性设计与性能优化提供了新思路。

研究背景

        环氧丙烷（PO）是一种重要的化工原料，传统生产工艺复杂且环境负荷大。利用氢气与氧气直接气相环氧化丙烯（HOPO工艺）被视为绿色高效的替代路线，但其催化剂普遍存在氢效率低、易失活等问题。

关键问题

        研究发现，PO在催化剂表面强吸附不仅阻塞活性位点，还会在氢溢出作用下发生开环副反应，导致选择性和稳定性下降。此外，金纳米颗粒易团聚，进一步降低催化活性。

创新策略

        研究团队提出了一种连续硅烷化处理策略，使用六甲基二硅氧烷（HMDSO）选择性修饰钛硅分子筛（TS-1）表面的硅醇基团，同时保留钛醇基团，构建出独特的Au–Ti(–OH)–Si(–O–SiR₃)三元活性位点。

成果亮点

        ✅ PO生成率达193 g h⁻¹ kgcat⁻¹

        ✅ PO选择性高达95.7%

        ✅ 氢效率提升至42.5%（传统方法通常＜25%）

        ✅ 稳定性超过200小时无明显失活

        ✅有效抑制金颗粒烧结与积碳形成

机理认识

        通过同位素实验、动力学分析、红外光谱与理论计算相结合，团队明确了氢溢出促进PO开环的路径，并证实硅烷化处理能显著减弱PO吸附，提高副反应能垒，从而提升主反应选择性。

研究意义

        该工作不仅为HOPO工艺催化剂的开发提供了切实可行的改性策略，更展示了“机理指导+位点工程”在催化剂设计中的强大潜力，为多金属催化体系的优化提供了方法论借鉴。

    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：
        Wang et al., Chem Catalysis 1, 885–895 (2021)
        DOI: https://doi.org/10.1016/j.checat.2021.06.006