【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院研究員陳新慶團(tuán)隊(duì)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(jìn)展。相關(guān)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(bào)道了多級(jí)孔鈦硅分子篩(TS-1)負(fù)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(yīng)，并對(duì)其構(gòu)效關(guān)系及催化機(jī)理開展了深入研究。與傳統(tǒng)的負(fù)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(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 (買儀表，賣儀表就上儀表網(wǎng)！ 查產(chǎn)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(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚醚多元醇、丙二醇及丙二醇醚等。由它衍生出的下游產(chǎn)品數(shù)量龐大且應(yīng)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(chǎn)方法，具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢(shì)，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共同關(guān)注。目前報(bào)道的催化劑主要為貴金屬催化劑，但貴金屬催化劑存在價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量有限的缺點(diǎn)。因此，開發(fā)具有低成本、高活性的非貴金屬催化劑成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵。
在此背景下，該團(tuán)隊(duì)首次通過沉積沉淀法將Ni納米顆粒負(fù)載在多級(jí)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(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。在反應(yīng)溫度為200 ℃時(shí)，丙烯轉(zhuǎn)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(jù)該團(tuán)隊(duì)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)。科研人員通過XPS、XAS、in-situ DRIFT、in-situ EPR等多種表征方法對(duì)催化劑構(gòu)效關(guān)系及反應(yīng)機(jī)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(yīng)，從而誘導(dǎo)活性自由基(·O2-, and ·OOH)的形成，實(shí)現(xiàn)H2O2的原位合成，進(jìn)而將丙烯氧化為環(huán)氧丙烷。此外，DFT計(jì)算表明，Ni表面的鈍化層利于H2O2的產(chǎn)生。該研究為非貴金屬催化劑在丙烯氣相環(huán)氧化反應(yīng)中的研究與應(yīng)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(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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。
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