【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院上海高等研究院研究員陳新慶團隊在分子篩催化劑用于丙烯氣相環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷(PO)研究中取得進展。相關研究成果以Highly Efficient Epoxidation of Propylene with in-situ generated H2O2 over hierarchical TS-1 Zeolite Supported Non-Noble Nickel Catalyst為題，發(fā)表在ACS Catalysis上。該研究報道了多級孔鈦硅分子篩(TS-1)負載的非貴金屬Ni 納米粒子催化劑，可有效催化丙烯與H2和O2的氣相環(huán)氧化反應，并對其構效關系及催化機理開展了深入研究。與傳統(tǒng)的負載型金催化劑相比，使用非貴金屬/分子篩催化劑具有明顯的經濟優(yōu)勢。 (買儀表，賣儀表就上儀表網！ 查產品、看訂單…一站式全搞定！)
 

　　環(huán)氧丙烷(PO)作為第三大丙烯衍生物是重要的有機化工原料，主要用于生產聚醚多元醇、丙二醇及丙二醇醚等。由它衍生出的下游產品數量龐大且應用廣泛。丙烯、氫氣和氧氣一步環(huán)氧化制備環(huán)氧丙烷相比于傳統(tǒng)的PO工業(yè)生產方法，具有工藝簡單、環(huán)境和經濟效益高等優(yōu)勢，受到了學術界和工業(yè)界的共同關注。目前報道的催化劑主要為貴金屬催化劑，但貴金屬催化劑存在價格昂貴、儲量有限的缺點。因此，開發(fā)具有低成本、高活性的非貴金屬催化劑成為當前研究的關鍵。
 

　　在此背景下，該團隊首次通過沉積沉淀法將Ni納米顆粒負載在多級孔鈦硅分子篩(TS-1)上，開發(fā)出非貴金屬Ni/TS-1催化劑。該催化劑在丙烯的氣相環(huán)氧化反應中表現出優(yōu)異的催化性能。在反應溫度為200 ℃時，丙烯轉化率為6.8%，PO選擇性為76.8%，PO生成速率為151.9 gPO/(h·Kgcat)。根據該團隊此前的研究，在相同溫度下，Au/TS-1催化劑上PO生成速率為73.44 gPO/(h·Kgcat)，鎳催化劑的PO生成速率甚至高于貴金屬金催化劑(圖2a)?？蒲腥藛T通過XPS、XAS、in-situ DRIFT、in-situ EPR等多種表征方法對催化劑構效關系及反應機理開展了研究，證明了鎳物種的存在可催化氫氣和氧氣發(fā)生反應，從而誘導活性自由基(·O2-, and ·OOH)的形成，實現H2O2的原位合成，進而將丙烯氧化為環(huán)氧丙烷。此外，DFT計算表明，Ni表面的鈍化層利于H2O2的產生。該研究為非貴金屬催化劑在丙烯氣相環(huán)氧化反應中的研究與應用提供了新思路。
 

　　X-射線吸收表征在BL11B線站開展in-house研究完成。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的支持。
 

圖1. Ni/TS-1催化劑上丙烯氣相環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷示意圖
 

　　圖2.  (a)Ni/TS-1催化劑與Au/TS-1催化劑的催化性能比較；(b)Ni/TS-1催化劑穩(wěn)定性。