一个多世纪以来，催化一直是支撑工业化学大部分发展的支柱。随着可持续性成为一个共同的目标，目前集中研究的重点是开发更清洁、更安全和更高效的化学工艺——理想情况下，基于可再生资源，消耗更少的能源和产生更少的废物。在这场“技术革命”中，多相催化发挥着突出的作用，人们正致力于开发新的高性能固体催化剂 ，能够在中等反应条件下以高原子经济性运行。环氧化物是制造各种重要商业化合物（包括药物、化妆品、聚合物和大宗化学品）的关键中间体。该类反应是在包括碳氢化合物在内的各种有机分子中建立功能的直接方法；而对于开发更环保、更可持续的环氧化工艺是一个具有相当大的基础和工业兴趣的主题，催化剂制备发挥着核心作用。虽然可以通过多种催化剂催化环氧化反应，但钛基配方是最重要的一类重要的非均相环氧化催化剂。

图1：化学工业中常用的环氧化物示例：环氧乙烷（1,2-环氧乙烷，1）、环氧丙烷（1,2-环氧丙烷，2）、环氧环己烯（环氧环己烷，3）、缩水甘油（2,3-环氧乙烷） 1-丙醇，4)、表氯醇（1-氯-2,3-环氧丙烷，5）、烟曲霉素（6）和 2,3-环氧香叶醇（7）。

含钛非均相环氧化催化剂由高度分散的 Ti(IV) 物质组成，这些物质要么嵌入二氧化硅基质（此处称为“Ti-SiO2”）中，要么负载在二氧化硅载体上（此处称为“Ti/SiO2”）。在工业上，这些材料的主要成功案例是生产环氧丙烷。自 1970 年代以来，这种商品环氧化物已通过在壳牌的 Ti/SiO2 非均相催化剂存在下直接氧化丙烯与有机氢过氧化物来生产。在 1980 年代初期，EniChem发现 TS-1 沸石允许设计丙烯选择性环氧化的另一种方法，即使用 H2O2 作为氧化剂，生产水作为唯一的副产品。直到 2008 年，巴斯夫和陶氏在安特卫普实施了第一家使用该技术的商业工厂（比利时）。2003 年，住友化学开发了一种以氢过氧化异丙苯为氧化剂的丙烯环氧化新工艺。该工艺的目标是到 2022 年环氧丙烷年产量超过 100 万吨，涉及一种介孔钛−通过溶胶-凝胶化学获得的 SiO2 催化剂，后者是第一个在工业规模上转化的同类催化剂。

图2：来自三大类的代表性环氧化催化剂的示意图：A, D=均相过渡金属配合物，B=多相固体催化剂，C=酶（生物）催化剂。

本期为大家介绍由比利时鲁汶天主教大学的Damien P. Debecker等发表的关于钛硅酸盐环氧化催化剂的概述——重点讨论了钛硅酸盐催化剂制备的各种策略，来实现更通用、更高效和更环保的环氧化工艺。

作者先后介绍了(i)通过将 Ti 物质接枝到预制二氧化硅载体上获得负载催化剂，(ii)微孔结晶钛硅酸盐（沸石），(iii)通过溶胶-凝胶化学获得的 无定形钛硅酸盐。对于每个类别，重点是催化剂制备，作者着重讨论了提高催化剂性能所面临的挑战。同时，作者对主要文献中提出的不同方法进行了批判性审查，主要通过更好地控制活性表面物质的性质、调整颗粒大小和形状、优化质地、改变表面化学等来定制控制催化剂性能的特性（活性、选择性、稳定性、易于处理），包括用于接枝定义明确的物质、自上而下和底部的分子方法分层多孔沸石的向上合成、可能在非常规介质中进行或与原始工艺相结合的先进溶胶-凝胶路线、自立式整体材料的制备等。最后，作者讨论了未来的研究方向，提出研发的重点是新型催化材料的应用范围以及提高催化剂性能的可能方法。

图3：通过调整晶体的孔隙率（x 轴）和尺寸/形状（y 轴）来提高结晶钛硅酸盐催化剂活性的策略说明。箭头的颜色表示固体中传质的质量：红色=反应主要受扩散限制，绿色=反应主要受本征活性限制。晶体结构已从原文参考文献133中复制，文献134-139还提供了最具代表性的沸石的孔隙率和结构特征。MR = 成员环。

整体来说，沸石合成研究进展迅速，不仅发现了控制 Ti 含量和 Ti 位置的新拓扑结构和新方法；重要的是，分级多孔沸石的开发将开辟进步的途径，从而扩大基于沸石的环氧化反应的范围。虽然沸石纳米晶体催化剂的合成通常可以获得高催化性能，但由于大的表面体积比，这些纳米物体的尺寸对更大颗粒（即纳米晶体的聚集体）的形成施加了进一步的影响。在负载型催化剂领域，表面有机金属化学 (SOMC) 被认为是在分子水平上理解催化机理和进一步优化活性位点的有力工具。对于无定形钛硅酸盐催化剂的制备，溶胶-凝胶化学家已经充分掌握了利用牺牲模板（胶束、聚合物、乳液等）和专用干燥方法创造有利结构性质的技术。最后作者建议，进一步的重要进展可以从允许控制无定形钛硅酸盐中的钛分散的方法的发展中可以预期，进而控制催化剂表面的钛形态。