MnO
x
-CeO
2
金属氧化物因其出色的低温性能，而被认为是
NH
3
选择性催化还原（
NH
3
-SCR
）脱除
NO
x
的有前途的催化剂。然而，其强氧化能力会导致
NH
3
过度氧化，从而缩小活性温度范围并降低
N
2
选择性，此外其弱表面酸性也会影响中高温活性和耐碱金属性。
2024
年
8
月
26
日，南昌大学
彭洪根
教授（国家级青年人才）团队在
Applied Catalysis B: Environment and Energy
期刊发表题为
“Promoting metal oxides -zeolite electron interaction on MnCeO
x
/HY catalyst for boosting nitrogen oxides reduction”
的研究论文，团队成员
Li
Yonglong
为论文第一作者，彭洪根教授为论文通讯作者。
该研究将
MnCeO
x
金属氧化物与
HY
沸石耦合制成
MnCeO
x
/HY
，显示出优异的
NH
3
-SCR
性能。金属氧化物在沸石表面的高度分散和紧密结合促进了强烈的电子相互作用，有效降低了氧空位和表面吸附氧浓度。因此，活性金属氧化物的氧化能力被适当削弱，抑制了不良的副反应。
MnCeO
x
/HY
还显著抑制了
NO
的吸附和硝酸盐的形成，完全通过
E-R
机制促进了催化反应，提高了
N
2
的选择性。沸石表面丰富的强酸位点有利于在中高温下吸附
NH
3
，显著扩大了活性温度范围。此外，
HY
沸石的酸性位点可作为牺牲位点，优先与碱金属发生反应，从而在
MnCeO
x
/HY
上表现出优异的抗碱金属中毒能力。结合
DFT
计算结果，该研究中的结构
-
活性关系还揭示了酸性位点和氧化还原位点之间的高效协同对优化催化性能的重要性，为开发高活性、耐碱的脱氮催化剂提供了有效见解。
HY
沸石属于
FAU
结构，由于其具有强酸性、高比表面积和优异的热稳定性等优点，被广泛应用于催化反应中。因此，研究人员采用了
MnO
x
-CeO
2
与
HY
沸石耦合（
MnCeO
x
/HY
）的策略来提高催化剂的
NH
3
-SCR
活性，而不是使用掺杂第三种元素的传统方法。起初，
HY
沸石提供的丰富强酸位点有利于
NH
3
在中高温下的吸附，从而提高了该温度范围内的活性并扩大了活性温度范围。随后，
MnCeO
x
与
HY
沸石之间的强相互作用影响了催化剂的氧化还原特性，适度削弱了催化剂的氧化能力，有效抑制了副反应，提高了
N
2
的选择性。最后，
HY
沸石的酸性位点可作为牺牲位点，优先与碱金属发生反应，从而减轻催化剂中毒和失活现象。
MnCeO
x
金属氧化物与
HY
沸石的耦合可以同时有效地调节催化剂的酸性位点和氧化还原位点，从而获得出色的催化活性，同时还能很好地防止碱金属中毒。该研究提出的金属氧化物与沸石的耦合策略为制备具有高活性且能有效抗碱金属中毒的
NH
3
-SCR
催化剂提供了一条宝贵途径。
图
1.
在
MnCeO
x
、
MnCeO
x
/HY
和相关催化剂上进行
NH
3
-SCR
时，
NO
x
转化率（
A
、
D
）、
N
2
O
浓度（
B
、
E
）和
N
2
选择性（
C
）随温度变化的曲线图。新鲜的
MnCeO
x
、
26%MnCeO
x
/HY
和相关有毒催化剂在
NH
3
-SCR
中的
NO
x
转化率随温度的变化曲线图（
F
）。反应条件：
500ppm
的
NO
，
500ppm
的
NH
3
，
5vol.%
的
O
2
，
5vol.%
的
H
2
O
，与
N
2
平衡，总流速
100mL/min
-1
。
图
2.
（
A
）在
MnCeO
x
、
26%MnCeO
x
/HY
和
26%MnCeO
x
+HY
催化剂上进行单独的
NO
氧化反应时，
NO
到
NO
2
的转化率。
[NO]=500ppm
，
[O
2
]=5vol.%
，空间速度
=60,000mLg
cat.
-1
h
-1
。（
B
）单独进行
NH
3
氧化反应时，
MnCeO
x
、
26%MnCeO
x
/HY
和
26%MnCeO
x
+HY
催化剂的
NH
3
转化率图。
[NH
3
]=500ppm
，
[O
2
]=5vol.%
，空间速度
=60,000mLg
cat.
-1
h
-1
。在催化剂上分别进行
NH
3
氧化反应时的气体浓度：（
C
）
N
2
O
浓度，（
D
）
NO
浓度和（
E
）
NO
2
浓度。
图
3.MnCeO
x
、
MnCeO
x
/HY
和相关催化剂的
XRD
（
A
）、拉曼（
B
）、
H2-TPR
（
C
）、紫外
-
可见
DRS
光谱（
