乙烷一步合成环氧乙烷反应催化剂及机理研究

环氧乙烷是重要的化工产品，工业上采用乙烯环氧化的路线获得，而乙烯在工业上则是从乙烷高温裂解制得。如果能从乙烷直接制备环氧乙烷无疑将大大降低成本，而高性能催化剂则是实现这一技术路线的关键。因此，本项目的主要目标就是寻找高效的双功能催化剂使乙烷能直接转化成环氧乙烷，并研究其作用机理。在该项目的研究中，我们将通过改进反应条件、对催化剂进行掺杂或改性等多种方法来提高乙烷一步合成环氧乙烷反应的催化性能，并研究其影响因素。采用XRD、BET、SEM、XPS、TPR、TPD-MS等表征技术，对催化剂的物理化学性质进行研究，并与催化性能相关联，指认催化剂的表面活性位和反应活性氧物种。此外，利用氧18同位素，通过不同气氛的脉冲瞬变应答、in-situ Raman、in-situ IR等技术考察反应机理。

环氧乙烷是重要的化工产品，工业上采用乙烯环氧化的路线获得，而乙烯则是通过乙烷高温裂解制得。如果能从乙烷直接制备环氧乙烷无疑将大大降低成本，而高性能催化剂则是实现这一技术路线的关键。因此，本项目的主要目标就是寻找高效的双功能催化剂使乙烷能直接转化成环氧乙烷，并研究其作用机理。在该项目的研究过程中，我们根据该反应的特点，分解成两部分进行研究。在研究乙烷氧化脱氢制乙烯反应的过程中，发现花状NiO与常规块状相比，具有较好的乙烷氧化脱氢性能。在NiO中掺杂稀土元素Gd和过渡元素Zr，可以提高催化剂的催化性能及乙烷抗裂解能力。在乙烷一步氧化生成环氧乙烷过程研究发现Ag在该反应中是比不可少的，在NiO中掺杂Ag，在270oC时可通过乙烷氧化一步直接生成环氧乙烷。在NiAgO催化剂中掺杂Y元素能明显改善环氧乙烷的收率。结合XRD、BET、SEM、XPS、TPR、TPD-MS等表征技术，对该催化剂的物理化学性质进行研究，并与催化性能相关联。结果表明掺杂的Y起分离活性中心以及给予电子的作用。由于Y的得电子能力比Ag强，导致Ag具有更高的化合价，从而更容易吸附亲电氧物种O2-，因此有利于C2H4的环氧化，同时减少产物的深度氧化。