【解读】ACB：促进MnCeOx/HY中MnCeOx-HY间电子相互作用高效催化NH3-SCR

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。

总之，该研究使用少量 MnCeO _x 和 HY 沸石制备的耦合催化剂（ MnCeO _x /HY ）表现出了优异的脱 NO _x 性能。沸石表面丰富的酸性位点有助于在中高温下吸附 NH ₃ ，显著拓宽了催化剂的活性温度范围。碱金属主要侵蚀催化剂的酸性位点，而 HY 沸石表面的酸性位点作为牺牲位点，优先与碱金属发生反应，从而使 MnCeO _x /HY 具有优异的抗碱金属中毒能力。高度分散在 HY 沸石表面的 MnCeO _x 金属氧化物与其紧密结合，产生了强烈的电子相互作用。这种相互作用降低了氧空位和表面吸附氧浓度，从而削弱了活性金属氧化物的氧化能力，有利于抑制 NH ₃ 的过度氧化。另一方面，耦合 MnCeO _x /HY 显著抑制了 NO 的吸附和硝酸盐的形成，使催化反应沿着 E-R 机制进行。这两个因素共同提高了催化剂对 N ₂ 的选择性。结合 DFT 计算结果 ，该研究的结构 - 活性关系还表明，催化剂出色的 NH ₃ -SCR 活性归功于酸性位点和氧化还原位点的高效协同作用。当这两个活性位点相互孤立或相互作用较弱时，催化剂很难表现出优异的催化活性。沸石不仅仅是分散活性成分的载体，它通过电子相互作用与活性成分进行有效的配位和合作，以及其酸性位点与活性金属氧化物氧化还原位点的配位，才是催化性能显著提高的根本原因。该研究可为制备具有强大耐碱金属性能的高性能 NH ₃ -SCR 催化剂提供指导。