光增强CuOx/TiO2催化丙烯氧气直接环氧化反应
吕卓岩, 杨铭, 康磊磊, 李林, 刘晓艳, 王爱琴, 张涛
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202408015
丙烯氧气直接环氧化(DEP)反应是合成环氧丙烷(PO)一种理想途径,但这一过程极具挑战性。本工作发现通过光热协同催化作用,在CuOx/TiO2催化剂上可以提升PO的生成速率和选择性。在180 ℃时,引入光照可使PO的生成速率提高20倍以上(从8.2增加到180.6 μmol·g−1·h−1),同时选择性提高了3倍以上(从8%增加到27%),打破了半导体在DEP反应中活性和选择性极低的传统认知。动力学研究结果表明,光照可显著降低PO生成的活化能(从95降至40 kJ·mol−1)。采用原位电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)技术,对铜氧化物物种的价态进行了动态表征,确定了氧气分子活化中间体的构型,首次捕捉到促进PO生成的活性氧物种。光生电子能够促进Cu+活性物种的形成以及μ侧过氧化二铜结构的产生,削弱O―O键,从而提高PO的生成速率和选择性。本工作为设计用于DEP反应的半导体光催化剂奠定良好的基础。
关键词: 光热催化, 铜氧化钛, 选择氧化, 丙烯直接环氧化, 氧气活化

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