實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，c-Cu₂O NCs催化劑在反應(yīng)溫度為90-110 ℃時可以獲得80%以上的環(huán)氧丙烷（PO）選擇性。在{110}邊緣位置的O₂吸附力弱，催化丙烯環(huán)氧化的勢壘較低，是在低反應(yīng)溫度下發(fā)生的主導(dǎo)反應(yīng)，從而導(dǎo)致高環(huán)氧丙烷選擇性。這種弱吸附的O₂物種在高反應(yīng)溫度下不穩(wěn)定，表面晶格氧物種成為活性氧物種，在{110}邊緣位置參與丙烯環(huán)氧化生成環(huán)氧丙烷和丙烯部分氧化生成丙烯醛，在{100}面位點(diǎn)參與丙烯燃燒生成CO₂，所有這些都表現(xiàn)出高勢壘，并導(dǎo)致環(huán)氧丙烷選擇性降低。

圖一、Cu2O NCs的顯微表征

（a-c）c-Cu2O-27的SEM圖像和粒度分布；

（b）c-Cu2O-106的SEM圖像和粒度分布；
（c）c-Cu2O-774的SEM圖像和粒度分布。

圖二、C3H6與O2氧化的催化性能

（a）c-Cu2O-27 NCs催化的C3H6與O2氧化的C3H6反應(yīng)速率和環(huán)氧丙烷（PO）、丙烯醛和CO2選擇性；
（b）c-Cu2O-106 NCs催化的C3H6與O2氧化的C3H6反應(yīng)速率和環(huán)氧丙烷（PO）、丙烯醛和CO2選擇性；
（c）c-Cu2O-774 NCs催化的C3H6與O2氧化的C3H6反應(yīng)速率和環(huán)氧丙烷（PO）、丙烯醛和CO2選擇性。
圖三、反應(yīng)機(jī)理

（a-b）c-Cu2O-27 NCs和d-Cu2O-439 NCs的C3H6-TPRS（Ar中8%C3H6）和C3H6+O2-TPRS（Ar中8%C3H6+4%O2）；
（c-e）在25°C、90 °C和150 °C下，在c-Cu2O-27 NCs上吸附C3H6（PC3H6=50 Pa）和C3H6+O2（PC3H6=50 Pa, PO2=25 Pa）的DRIFTS光譜。
圖四、DFT計(jì)算

（a）通過LH機(jī)制在Cu2O(110)上進(jìn)行丙烯環(huán)氧化的能量分布和催化循環(huán)以及中間體和過渡態(tài)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)；
（b）通過MvK機(jī)制在Cu2O(110)上進(jìn)行丙烯環(huán)氧化的能量分布和催化循環(huán)以及中間體和過渡態(tài)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
【小結(jié)】
綜上所述，基于對Cu2O催化劑活性位點(diǎn)的基本了解，成功地制備了具有高密度活性Cu2O{110}邊緣位點(diǎn)的精細(xì)立方Cu2O NCs，并作為高選擇性催化劑催化丙烯與O2環(huán)氧化反應(yīng)。在c-Cu2O-27 NCs催化劑上，Cu2O{110}催化的丙烯環(huán)氧化反應(yīng)，以弱吸附的O2物種為活性氧物種，具有低勢壘，是低溫下發(fā)生的主導(dǎo)反應(yīng)，選擇性地生成PO，選擇性高于80%，而Cu2O{110}-催化丙烯部分氧化和丙烯環(huán)氧化以及Cu2O{100}催化丙烯燃燒，均以表面晶格氧為主要活性氧物種，并顯示出較大的勢壘，在高反應(yīng)溫度下發(fā)生，分別產(chǎn)生丙烯醛、PO和CO2。該研究結(jié)果證明了基礎(chǔ)知識在指導(dǎo)探索挑戰(zhàn)多相催化反應(yīng)的高效催化劑方面的有效性。