ACS Catal.: 钒氧化物和铜沸石催化剂上的类似NH3-SCR机制

使用NH₃作为还原剂(NH₃-SCR)的氮氧化物(NO_x)的选择性催化还原，这可以在商业上用于在O₂存在下控制NO_x排放。然而目前科研人员对于全面的SCR机制了解并不完全。

日本北海道大学Ken-ichi Shimizu团队制备了TiO₂负载物、块状钒氧化物、Cu-AFX和Cu-CHA四种催化剂，并研究了在200 °C下用NH₃ (NH₃-SCR)选择性催化还原NO的还原/氧化半循环。

原位和操作光谱结果表明，首先氧化金属阳离子位点[V(V), Cu(II)](通常称为Lewis酸位点)上的NH₃与NO反应在表面上生成还原金属物质[V(IV), Cu(I)]和H⁺，以及通过NH₂NO中间体生成N₂和H₂O(还原半循环)。

在瞬态条件下，Brønsted酸位点上NH₃(B-NH₃)可以迁移到空的V(V)或Cu(II)位点与NO反应，导致形成V(IV)或Cu(I)物种、H⁺、N₂和H₂O；N₂继续产生直到表面V(V)或Cu(II)物种耗尽。O₂对还原金属位点的后续再氧化能够再生V(V)或 Cu(II)位点，并伴随着表面H⁺的反应生成H₂O(氧化半循环)。

与之前文献中报道的NO相比，NO+O₂下B-NH₃和L-NH₃消耗率较高，基于V(V)/V(IV)或 Cu(II)/Cu(I)的连续还原/氧化来解释，其中再生的V(V)或Cu(II)位点在随后的还原半周期中重复使用。

通过再氧化回收V(V)或Cu(II)后，剩余的B-NH₃物种与提供的NO反应生成N₂；这表明B-NH₃可能通过NH₃或HONO物种的迁移参与第二个还原半循环。这些结果为NH₃-SCR的一般机制提供了全面的证据，并且它适用于V和Cu催化剂。

Analogous mechanistic features of NH₃-SCR over vanadium oxide and copper zeolite catalysts. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c02860

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