氢还原调控TS-1中Ti3+-VO缺陷浓度驱动的吸附竞争型火山催化效应

本文通过氢介导热还原策略在TS-1分子筛中精准构建Ti3+-VO缺陷，揭示了缺陷浓度通过调控丙烯（C3H6）与环氧丙烷（PO）竞争吸附行为产生火山型催化曲线的机制，为设计高效丙烯环氧化（HOPO）催化剂提供了原子级调控新范式。

　　

Highlight

本研究创新性采用氢介导热还原策略，在TS-1中实现了无外来元素污染的Ti³⁺-V_O缺陷可控构建。通过X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振（EPR）证实了Ti³⁺物种与氧空位的形成，而X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和氮气吸附（N₂-BET）表明MFI骨架结构保持完整。

Generation and detection of Ti³⁺-V_O defects

晶体材料中的缺陷（包括点缺陷、线缺陷和表面缺陷）可作为催化活性中心。通过调节氢还原条件，我们实现了Ti³⁺-V_O浓度的精准调控，这些缺陷不仅能改变材料的电子结构，还能通过形成特殊配位环境显著提升反应活性。

Conclusions

原位漫反射红外光谱（DRIFTS）和动力学实验表明：低浓度Ti³⁺-V_O缺陷优先促进丙烯吸附，而高浓度时环氧丙烷吸附占主导，这种竞争性吸附行为导致催化活性呈现火山型变化规律。优化缺陷浓度的TS-1催化剂使丙烯转化率、PO选择性和生成速率同步提升，为缺陷工程优化催化性能提供了普适性策略。