An Efficient H2O2-based Propylene to Propylene Oxide (HPPO) Reaction Catalyzed by ZnO/ZnO2 Materials, Journal of Materials Chemistry A 13, 5261-5274(2025)
利用氧化鋅/過氧化鋅(ZnO/ZnO2)材料進行以過氧化氫為基礎之高效率地環氧化催化丙烯形成環氧丙烷(HPPO)
Gebretinsae Yeabyo Nigussie, Yi-Fang Tsai, Tsung-Cheng Yang, Chia-Min Yang*, and Steve S.-F. Yu*
2025/12/02
環氧丙烷（Propylene Oxide, PO）是塑膠工業的重要原料。本文製備了一種價廉且性能穩定的新型氧化鋅（ZnO）/過氧化鋅(ZnO2)催化劑。採用溶劑熱法合成了氧化鋅奈米棒（ZnO-NR）材料，同時製備了負載於MCM-41介孔材料的氧化鋅催化劑（ZnO/MCM-41）。在30-70℃和5-20 bar的條件下，利用過氧化氫，乙腈為溶劑，測試了ZnO-NR和ZnO/MCM-41催化劑對丙烯環氧化反應催化效能。由結果顯示，氧化鋅催化劑能夠高效率地催化該反應，並具有較高的過氧化氫利用率和環氧丙烷的選擇性。其中，ZnO/MCM-41催化劑達到接近100%的環氧丙烯選擇性和最高的周轉數（PO/Zn）。採用同步輻射粉末X光繞射、吸收光譜，搭配高解析度穿透式電子顯微鏡對初始催化劑、反應後的催化劑(ZnO-NRsp與ZnO/MCM-41sp)和過氧化鋅奈米顆粒等材料進行比較。結果顯示，催化劑經反應後，ZnO2的含量高於50%。電子順磁共振和X光電子能譜分析顯示，由ZnO加入過氧化氫在乙腈中反應生成的ZnO2的組分中，觀測到含有過氧化氫自由基、過氧化物和超氧化物等中間體，這些活性中間體，對於環氧丙烯的催化生成至關重要。後續使用氧十八標定的過氧化氫，進行反應，環氧丙烷的產物中，富含標定後的18O。歸納上述結果，參與反應的活性含氧物種是在反應過程中，透過過氧化氫驅使生成於ZnO/ZnO2的材料內，並在乙腈的輔助下，進行親電性地環氧化反應，有效率地生成環氧丙烷。
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