NO
x
是大气环境中主要的污染物之一，其中 NO 含量要占据 90% 以上。NO 过多，会引发酸雨、光化学烟雾等环境问题，对生态环境造成巨大的破坏。同时，NO 也会对人们的生命健康造成不可逆的损伤。人们对于解决 NO 所带来环境问题的需求日益增长。
近年来，钙钛矿催化剂 (ABO
3
) 以其独特的材料结构，得到了人们的广泛关注。通过掺杂等简单方法对A位或B位进行改性，能够使得催化剂活性得到明显提高，从而可以在环境催化领域发挥作用。
LaFe
1-x
Mn
x
O
3
催化剂以其成本低、稳定性强、性能良好等优点在众多 NO 氧化催化剂中脱颖而出，成为了一种有着广泛发展前景的非贵金属催化剂。
但是，在实际工业生产中，由于 SO
2
的存在，催化剂会发生中毒现象，导致催化剂的活性和寿命大幅降低。因此，研究一种拥有良好抗硫性的高活性催化剂，已经成为了科研人员急需解决的一个方向。
近日，
中国石油大学(北京)李振兴教授
和韦岳长教授
带领研究团队利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为模板剂，采用浸渍法制作了一组三维有序大孔 LaFe
1–x
Mn
x
O
3
钙钛矿催化剂。其中
LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
具有最多的氧空位，在 250 ℃ 下 NO 氧化转化率达 77%，在 318 ℃ 下的 NO 氧化转化率最高更是达到了 99%。
通过扫描电镜可以看到，其三维有序大孔结构明显，孔径约为 260nm。大孔与大孔之间由紧密的孔壁相连形成，呈现有序的孔网状。相比于其他通过溶胶—凝胶法制备得到的催化剂，三维有序大孔结构可以为反应物与催化剂提供更多的接触位点，有利于提高相关的反应速率。同时，从扫描电镜能谱图上看，所得到的 LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂中，La、Fe、Mn 三种元素都可以清晰观察到，元素分布均匀。（Figure 1）
-
Figure.1
扫描电镜图（a）LaFeO
3
，（b）
LaFe
0.9
Mn
0.1
O
3
，
（c）
LaFe
0.7
Mn
0.3
O
3
，
（d）
LaFe
0.5
Mn
0.5
O
3
，
（e）
LaFe
0.3
Mn
0.7
O
3
，
（f）
LaFe
0.2
Mn
0.8
O
3
，
（g）
LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
，
（h）
LaMnO
3
，扫描电镜能谱图（i）LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
，（j）La，（k）Fe，（l）Mn
在 50mL/min 的气体流速下进行活性测试，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
表现出了最好的催化性能。在 NO-TPO 测试中，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
在 250℃ 表现出了 77% 的 N0 转化率，而且其最高转化率出现在318℃，转化率为99%。在碳烟燃烧这一反应中，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂同样表现出了最好的催化活性，T
50
最低，出现在 397℃。这就表明，在尾气处理中，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂表现出了优秀的催化活性。因为 NO 氧化成 NO
2
，NO
2
有着比 O
2
更强的氧化能力，故 NO 氧化可以促进碳烟燃烧反应。对于催化剂来说，稳定性是一项重要的指标。通过恒定温度的方法对 LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂进行稳定性测试，维持恒定温度 250℃，NO 转化率可以保持在 77% 左右。NO 氧化反应持续了至少 100 小时，这表明 LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂有着极其优秀的稳定性。为了模拟实际的工业情况，在 SO
2
的存在性，继续对 LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
的 NO 氧化进行抗硫性研究。在 50ppm SO
2
的影响下，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂仍然表现出了良好的 NO 转化率，在 250℃ 表现出了 40% 左右的转化率，其最高转化率也超过了 50%，证明在一定浓度的 SO
2
下，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
依然可以保持较高的催化活性，进行 NO 氧化反应。通过稳定性测试和抗硫性测试，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂可以适应一定的工业化情境，有着工业化应用前景。（Figure.2）
-
Figure.2
（a）NO-TPO，（b）Soot-TPO
，
（c）稳定性测试
，
（d）抗硫性测试。
为了进一步探究 LaFe
1-x
Mn
x
O
3
催化剂的表面反应情况，对 LaFe
1-x
Mn
x
O
3
催化剂进行了 H
2
-TPR 和 NO-TPD 测试。在 H
2
-TPR 测试中，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
的还原峰出现的温度是最低的，表明其拥有着最强的氧化还原性能。在 NO-TPD 测试中，一般来说，200℃ 以下为物理吸附峰。在 200℃ 以上，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
的亚硝酸盐吸附峰出现的温度最低，说明其表面生成的中间产物可以在更低的温度下氧化成 NO
2
。以上两个表面测试表明，LaFe
0.1
Mn
0.9
O
3
催化剂在 NO 氧化有着最好的催化活性。（Figure.3）
该成果以“
Three-dimensional ordered macroporous LaFe
1-x
MnxO
3
with high stability for efficiency NO oxidation and sulfur resistance
”(
《拥有高稳定性的三维有序大孔 LaFe
1-x
Mn
x
O
3
在高效催化 NO 氧化和抗硫性的研究》
)为题，发表在英国皇家化学会期刊
Chemical communications
上。
-
Three-dimensional ordered macroporous LaFe
1-x
Mn
x
O
3
with high stability for efficiency NO oxidation and sulfur resistance
Shengjie Zuo,Ping Wang, Miao He, Jiasai Yao, Haocheng Li, Jing Xiong, Xiaohua Sun*
（
孙晓华
， 中国石油大学(北京)）
,
Yuechang Wei*（
韦岳长
， 中国石油大学(北京)）
and Zhenxing Li*
（
李
振兴
， 中国石油大学(北京)）
Chem. Commun.
, 2024,
60
, 5157-5160
https://doi.org/
10.1039/D4CC01275E
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