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美国Delaware大学通过理论计算和实验方法, 研究了乙烯环氧化反应机理和催化剂设计, 设计出的催化剂比目前工业应用的银基催化剂具有更高的选择性。

几年前, 该大学研究人员发现氧杂金属环(oxametallacycle)（即两端与金属表面相连的-O-C-C-结构）是环氧化反应的主要中间体。该物种是在量子力学计算与表面科学测量相结合的基础上发现的。研究人员认为氧杂金属环可继续形成所需产物环氧乙烷, 或者生成乙醛, 并进一步生成无用副产物, 但这两种反应途径都存在选择性较低的问题。因此研究人员采用了计算机筛选方法对可提高环氧化反应选择性的银基过渡金属催化剂进行研究, 重点放在对环氧乙烷和副产物活性和选择性有差异的含银双金属合金上。理论分析结果表明, 含约25﹪铜原子的双金属表面可达到预期目的。事实上, 该预测已通过以氧化铭为载体的Cu-Ag催化剂的实验验证。据称, 一些双金属催化剂在相同条件下, 其选择性比纯银催化剂高1.5倍。以前人们所进行的催化剂设计研究只是为了提高其活性或稳定性, 而现在可用计算机方法提高另一个关键因素即选择性。

另外, 他们还对Ce的作用机理进行了计算机分析。Ce可用作乙烯环氧化反应的催化助剂, 已工业化应用多年, 然而人们对其具体功能却知之甚少。理论工作的重点放在所吸附氧杂金属杯中间体的能量和生产环氧乙烷及副产物的过渡态结构电子对上, 发现Ce作为催化助剂, 可对生成环氧乙烷的过渡状态起到稳定作用。