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山东师大孙传智/加州大学河滨分校刘福东:CeO₂(110)表面受阻路易斯酸碱对催化诱导N-H/N-O键活化促进NH₃-SCR反应

邃瞳科学云  · 公众号  ·  · 2024-10-16 10:43
    

主要观点总结

本文研究了通过氧空位工程在CeO2表面构筑的受阻路易斯酸碱对(FLPs)在活化小分子方面的卓越能力,并将其应用于NH3-SCR反应中。研究发现,含FLPs的FR-CeO2催化剂的性能得到了显著提升,通过H2处理可进一步增加FLPs的数量。DFT计算结果表明,FLPs的存在使N-O和N-H键的活化能垒显著降低。此外,通过在富含FLP结构的FR-CeO2上负载MoO3,利用酸性位点与FLP位点的协同作用,获得了卓越的催化性能。该研究为基于催化机理研究的催化剂设计提供了全新的范例。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

氮氧化物(NO和NO2)是造成酸雨、光化学烟雾和臭氧的主要大气污染物,对人类健康和生态系统造成一定危害。在催化剂作用下,用NH3选择性地还原NOx为N2和H2O是消除固定源NOx的最有效技术之一,但现有催化剂存在一些不足,如V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂的缺点包括温度窗口窄和V的生物毒性等。

关键观点2: 研究亮点

1. 通过二次水热法合成了含有FLP结构的FR-CeO2纳米棒催化剂,明确了FLP的存在可显著提升催化剂的催化活性。2. DFT计算结果表明FLP结构显著降低了E-R和L-H机理的决速步能垒。3. 揭示了FLP促进N-O键活化的作用机制。4. 通过机械研磨法在FR-CeO2上负载MoO3以进一步增强催化剂的表面酸性,实现了FLP的实际应用。

关键观点3: 研究展望

该研究为基于催化机理研究的催化剂设计提供了良好的范例。未来可以进一步探索其他催化剂体系中的FLP应用,以及在不同反应体系中的催化性能。


文章预览

第一作者:杨姗、程思清 通讯作者:孙传智、刘福东 通讯单位:山东师范大学、加利福尼亚大学河滨分校 论文DOI:10.1021/acs.est.4c05249 全文速览 通过氧空位工程在CeO 2 表面构筑的受阻路易斯酸碱对(FLPs)在活化小分子方面展现出卓越的能力。本工作将CeO 2 (110)表面FLPs的应用拓展到NH 3 -SCR反应中,发现了含FLPs的FR-CeO 2 催化剂的性能得到了显著提升。此外,通过H 2 处理的方法增加FLPs的数量,可进一步提升NH 3 -SCR反应性能。不含FLP的R-CeO 2 催化剂通常遵循E-R机理进行NH 3 -SCR反应。而DFT计算结果表明,FLPs的存在使N-O和N-H键的活化能垒显著降低,FR-CeO 2 催化剂主要遵循L-H机理进行反应。FLPs的存在使催化剂的反应机理发生了转变。原位红外实验与稳态动力学实验结果也支撑了机理转变的结论。此外,通过在富含FLP结构的FR-CeO 2 上负载MoO 3 ,利用酸性位点与F ………………………………

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