厘清挥发性有机物（VOC）催化氧化反应中的反应机理对开发新型催化剂大有帮助，但是由于在该反应过程中催化剂和反应物之间复杂的相互作用、大量的中间体物种，对反应机理中反应物的活化、反应决速步骤的分析有较高难度。南开大学王卫超等探索了YMn₂O₅催化剂在C3~C4烷烃、烯烃的氧化过程通过实验和理论进行分析，结果发现通过水热方法合成的YMn₂O₅催化剂有更好的催化反应活性，并且在连续100 h和275 ℃催化反应过程中保持了很好的稳定性，同时在400 h连续工作后，催化剂的性能未见降低。通过TPD，DRIFT，XPS，DFT分析方法显示，反应过程中表面活性氧的作用。在丙烯氧化反应过程中，C=C双键与界面上的二个氧反应，这是醋酸盐分解过程中关键步骤。

文章要点：

（1）催化剂合成。Y(NO₃)₃·6H₂O，KMnO₄，Mn(CH₃COO)₂·4H₂O溶解在水中，随后加入NaOH溶液，并在200 ℃中反应12 h，随后在100 ℃中干燥。催化剂的表面积达到156.25 m²/g，粒径为＜31 nm。

（2）催化反应情况。分别在275 ℃，175 ℃，225 ℃，200 ℃中实现了对丙烷，丙烯，丁烷，丁烯的完全转化（反应物1000 ppmC3~C4，10 %的O₂，He平衡气氛）。催化剂长时间工作情况显示在100 h持续工作后保持了稳定。XPS表征结果显示，Mn³⁺:Mn⁴⁺的比例较高，说明催化剂表面大量氧空穴的存在。ESR和O₂ TPD结果显示大量活性氧空穴促进了催化氧化反应。原位DRIFT结果显示丙烷催化反应中转化为丙烯酸酯的过程是决速步骤。与之相比，丙烯反应过程中生成了甲酸盐和乙酸盐，其中乙酸盐的分解是决速步骤。

参考文献

Tong Zhang, Xiuyao Lang, Anqi Dong, Xiang Wan, Shan Gao, Li Wang, Linxia Wang, Weichao Wang*

Difference of oxidation mechanism between light C3-C4 alkane and alkene over mullite YMn₂O₅ oxides catalyst, ACS Catal. 2020,

DOI：10.1021/acscatal.0c00703

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00703