近日，本团队在催化领域权威期刊 Journal of Catalysis 上发表题为《Adsorption-competition driven volcano catalysis in TS-1: the critical role of Ti³⁺-V_O defect concentration tailored by hydrogen reduction》的研究论文，系统揭示了通过氢还原策略调控TS-1分子筛中Ti³⁺-V_O缺陷浓度，进而优化其丙烯环氧化催化性能的机制。

丙烯环氧化物（PO）是重要的化工中间体，传统生产工艺存在环境与原子经济性问题。基于Au-Ti双功能催化剂的氢气与氧气直接环氧化（HOPO）工艺具有绿色高效的优势，其中TS-1作为钛活性中心的载体尤为关键。然而，如何在不引入杂质的前提下精准调控TS-1的缺陷结构，并阐明其对催化性能的影响机制，仍是一个挑战。

本研究创新地采用氢气热还原法，在TS-1中成功引入纯净的Ti³⁺-V_O缺陷。通过调节还原温度与时间，实现了缺陷浓度的精准调控。XPS和EPR表征证实了Ti³⁺物种和氧空位的形成，而XRD、FT-IR和N₂吸附结果表明，该处理方法未破坏TS-1的MFI骨架结构与孔隙性质。

催化性能测试发现，随着Ti³⁺-V_O缺陷浓度的增加，丙烯转化率、PO选择性及生成速率均呈现先升高后降低的“火山型”变化趋势。原位DRIFTS 与动力学实验进一步揭示：缺陷同时增强了反应物丙烯和产物PO的吸附能力。在低缺陷浓度下，丙烯吸附占主导，有利于反应推进；而在高缺陷浓度下，PO吸附显著增强，导致其更容易发生开环副反应，从而降低PO选择性和表观反应速率。

该研究不仅为TS-1催化剂的缺陷工程提供了新思路，也强调了在选择性氧化反应中平衡反应物与产物吸附的重要性，为设计高效催化剂提供了理论指导与实践借鉴。

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
Yujie Liao et al., Journal of Catalysis 451 (2025) 116379.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2025.116379