烟台大学的丙烯直接氧化制环氧丙烷Au/ZrO2催化剂研究获进展

近日，烟台大学的研究团队开发了系列锆基金催化剂，用于催化在丙烯、H2和O2共存下制备环氧丙烷(PO)的反应，PO选择性为100%。相关研究成果发表于《催化学报》杂志。

与传统的氯醇法和有机过氧化氢法相比，气相丙烯环氧化制PO是一种绿色、可持续的反应。在H2和O2共存下，沉积在锐钛矿TiO2表面的金纳米粒子能催化丙烯发生环氧化反应，其PO选择性大于90%。然而，该反应过程除生成目标产物PO外，还会发生其他副反应，如丙烯醛的形成，PO的异构化和裂解。因此，提高PO选择性是丙烯环氧化反应的研究热点之一，其研究主要集中于活性相为Cu、Ag等负载型催化剂。

据文献报道，金与其他金属氧化物如Al2O3，SiO2，Fe2O3，Co3O4，ZrO2的结合不能催化丙烯的部分氧化，而是产生H2O和CO2，因此非钛载体材料负载金催化剂的研究很少。

该研究团队以四方相(t-)、单斜相(m-)和混合相(co-)ZrO2为载体，采用沉积-沉淀法制备系列锆基金催化剂，用于丙烯、H2和O2直接气相环氧化反应。研究发现：当纳米金粒子的量与活性中心数目相匹配时，在Au/t-ZrO2和Au/m-ZrO2上均获得100% PO选择性；通过评价具有不同金负载量的ZrO2对丙烯气相氧化的催化活性，结合载体的结构特点及表面结构表征，推测PO在Au/ZrO2上的生成机理与在钛基催化剂上类似，活性位点为Au与ZrO2中的Zr-O四棱锥，丙烯醛则生成于Au附近的氧空位；载体表面羟基含量和金负载量的匹配是实现高PO选择性的重要因素。

下一步研究将通过寻找Zr-O四棱锥、金载量和表面羟基三者之间的最佳匹配入手，减少氧缺陷，并抑制副产物丙烯醛的生成，有望提升Au/Zr基催化剂对丙烯环氧化的性能。