在Ti-MWW沸石上，利用稳定的亚纳米级金簇增强气相丙烯环氧化反应

《ACS Catalysis》：Cs-Enhanced Vapor-Phase Propylene Epoxidation over Ti-MWW Zeolite with Stabilized Subnanometer Au Clusters

选择性氧化制备环氧丙烷的催化剂开发及其稳定性提升策略。采用MWW型沸石超笼限域结合Cs2CO3共沉淀法，成功制备了0.77nm金纳米颗粒与Ti活性位点共存的催化剂，实现了182gPO h-1 kgcat-1的初始活性，连续运行200小时保持90%活性。结构限域与碳酸盐修饰协同抑制了积碳与金颗粒迁移，突破了传统催化剂的活性-稳定性矛盾。

　　

近年来，利用分子氢和氧气在金负载的钛硅酸盐催化剂上选择性氧化丙烯生成环氧丙烷（PO）这一过程引起了科学界的广泛关注。该催化体系的核心在于金物种与沸石骨架中的钛位点之间的协同作用，这种协同作用使得能够从H₂/O₂混合物中原位生成过氧化氢，并进一步实现烯烃的环氧化反应。尽管先前的研究表明，位于沸石通道内靠近钛中心位置的亚纳米级金簇具有优异的催化性能，但由于金物种的迁移/聚集以及积碳现象，其实际应用仍面临诸多限制。因此，如何打破活性与稳定性之间的固有矛盾成为了一个关键挑战。本研究通过利用MWW型沸石的纳米级结构限制，并巧妙地使用Cs₂CO₃来调控金负载量，成功解决了这一问题。该方法使得超小尺寸的金簇（0.77纳米）能够稳定地固定在MWW沸石的晶内笼结构中，并紧密靠近钛活性位点。此外，引入的Cs⁺阳离子有效中和了沸石的酸性，形成了疏水微环境，从而促进了环氧丙烷的脱附与扩散，抑制了可能导致积碳的副反应。这些协同改进显著提升了催化过程的环氧丙烷产率。优化的0.35Au/Ti-MWW(31)-Cs₂CO₃催化剂表现出优异的性能：初始环氧丙烷生成速率为182克/小时·千克催化剂，连续运行200小时后仍保持90%的活性（164克/小时·千克催化剂）。与传统的通过沉积-沉淀法制备的Au/TS-1催化剂相比，本研究提出的基于MWW结构限制及Cs₂CO₃作为沉淀剂的策略，为稳定气相丙烯环氧化反应中的金活性物种提供了一种高效的方法。