鈦催化中心型別和分佈的精準構築：高效氧化脫硫│NSR

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武漢理工大學陳麗華/蘇寶連教授團隊透過調控靜電介面的組成，實現了介孔孔道表面高可及性、高活性骨架內六配位鈦（TiO₆）的可控構築，在一系列催化氧化脫硫反應中實現了深度脫硫（轉化率達100%），脫硫效率是目前已報道最好催化劑的5倍。該工作發表於《國家科學評論》（National Science Review，NSR），武漢理工大學材料複合新技術國家重點實驗室為第一單位，博士後助理研究員餘申為論文第一作者，陳麗華教授和蘇寶連教授為共同通訊作者。

可控構築鈦位點型別和分佈策略的示意圖

燃料中的硫化物在燃燒過程中造成了嚴重的空氣汙染。汽油中的噻吩類硫化物含量達500–1600 ppm，且難以通過當前的加氫脫硫技術去除。基於鈦位點的催化氧化脫硫技術被視為脫除氧化噻吩類硫化物的最佳手段之一，但是鈦位點型別、分佈的可控構築仍是一個巨大的難題。

針對這一挑戰，該工作首先透過理論計算確認了TiO₆是催化氧化脫硫的高效催化活性中心。基於該理論研究的指導，設計了一種可控構築TiO₆的方法。介孔鈦矽材料的合成過程中，帶負電的鈦矽酸根與帶正電的表面活性劑膠束形成靜電介面，除去膠束後得到介孔結構。該工作創新性地將傳統的鈦水解產物TiOH轉變為新型TiOOH，水解產物電離程度增強超過155倍，形成大量的TiOO^–離子。這些TiOO^–離子精準組裝在靜電介面，並在焙燒後定向轉變為介孔表面的TiO₆。

（a）傳統鈦矽材料的合成過程；（b）靜電介面的調控策略；（c）關鍵TiOO^–的捕捉；（d、e）有序介孔結構的表徵。

結構表徵顯示，由於鈦水解產物電離程度增強加速了靜電自組裝過程，材料具備高度有序的介孔結構。材料表面只含骨架內六配位鈦物種，且為不對稱、單核結構。該工作進一步透過結合烷基化技術和核磁技術，驗證了這種新型介孔表面TiO₆活性中心具備開放式的結構，能夠充分與大體積分子接觸。該材料在一系列大分子噻吩類硫化物（苯並噻吩、二苯並噻吩、4,6-二甲基二苯並噻吩）氧化反應中均能夠實現深度脫硫。其中，在60℃下，能夠在3分鐘內脫除100%的4,6-二甲基二苯並噻吩，氧化效率是目前所報道最好催化劑的5倍，並具備優異的迴圈使用效能。