丹麦技术大学Jens K. Nørskov等ACS Catal：Ag催化乙烯制备环氧乙烷

纳米技术

2021-09-18

环氧乙烷是重要化学品，能够进一步转化为其他各种产物，包括医药分子、清洁剂、防冻剂、塑料等。目前每年环氧乙烷的产量达到1千万吨。乙烯环氧化反应是制备乙烯氧化物的工业化重要反应过程，该反应一般在高于500 K进行，该反应过程中生成乙醛是主要的竞争性反应，生成乙醛将导致氧化燃烧反应。

目前，根据以往相关研究结果发现，Ag基催化剂在此催化反应是活性最高的，在一定程度上达到工业生产的需求。同时，关于催化剂的一些基础性问题仍存在争议，比如环氧乙烷的选择性不够高，当乙烯转化率增加，环氧乙烷的选择性降低。

过去一些年间，相关研究针对提高Ag或者氧化态的Ag催化剂在环氧乙烷选择性、乙烯转化率的角度问题进行理解，

有鉴于此，丹麦技术大学Jens K. Nørskov等报道研究和理解乙烯环氧化反应种的一些问题，具体通过DFT计算、分析标度关系、进行微动力学建模等方法，探索了为什么Ag催化剂作为比其他包括Cu和Au的IB族催化剂活性更高的原因。

本文要点：

（1）

通过建模研究结果，发现Ag催化剂界面上表现比较适中的O成键和强度较弱的C成键，因此Ag催化剂实现了较高的乙烯转化率和环氧乙烷选择性。本文理论计算研究结果很好的与以往相关实验结果符合。

（2）

发现Ag是最好的乙烯氧化催化剂，能够在环氧乙烷选择性与部分氧化反应之间达到比较合适的均衡，这种均衡通过对O、C的成键强度实现。较高的乙烯转化率时面临着降低的环氧乙烷选择性，因此难以保证较高的环氧乙烷选择性和乙烯转化率。一种可能的方法在提高乙烯转化率的同时改善环氧乙烷选择性是在催化剂界面上加入促进剂，从而打破标度关系提高Ag的催化活性。

参考文献

Hao Li, Ang Cao, and Jens K. Nørskov*, Understanding Trends in Ethylene Epoxidation on Group IB Metals, ACS Catal. 2021, 11, 12052–12057

DOI: 10.1021/acscatal.1c03094

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c03094