【本站讯】近日，绿色能源化工团队在选择性催化还原脱硝技术（NH₃-SCR）研究方面取得系列进展，研究成果分别发表在ACS Catalysis、Applied Catalysis B: Environmental和Chemical Engineering Journal三个催化类和工程技术类权威期刊上。成果第一作者均为绿色能源化工研究团队博士研究生刘智，共同通讯作者为柳云骐教授和潘原副教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。该系列成果得到国家自然科学基金、中央高校基本科研基金和泰山学者项目资助。

大气污染物NO_x的排放控制问题日益受到世界各国关注。氨气选择性催化还原（NH₃-SCR）脱硝是最高效、成熟的脱硝技术。然而，传统的钒钨钛催化剂活性温度窗口较高（300～400℃），使得脱硝装置置于除尘和脱硫装置之前，进而导致催化剂活性组分易因高空速粉尘冲刷而流失，硫酸铵盐堵塞下游管线，且不适用于低温烟气（如钢厂烧结烟气）脱硝。因此，开发高效的低温（<200℃）NH₃-SCR催化剂具有重要意义。相比于传统NH₃-SCR催化剂，低温NH₃-SCR催化剂较差的抗SO₂中毒性能和N₂选择性限制了其工业应用，且低温NH₃-SCR催化剂本征活性较低，难以适用高空速要求。鉴于此，团队从反应机理出发，深入研究了锰基催化剂低温NH₃-SCR反应机理，并在此基础上设计合成了具有优异抗SO₂中毒性能、N₂选择性以及高本征活性的锰基低温NH₃-SCR催化剂，为低温NH₃-SCR催化剂的设计合成以及低温NH₃-SCR技术的应用提供了理论支撑。

题目为《MnO_x/TiO₂催化剂上NO₂生成路径及NO₂在低温下快速SCR脱硝反应中的作用机理研究》（Study on the NO₂production pathways and the role of NO₂in fast selective catalytic reduction DeNO_xat low-temperature over MnO_x/TiO₂catalyst）的研究论文发表在化工领域权威期刊Chemical Engineering Journal上(Chemical Engineering Journal2020, 379, 122288)。研究人员发现低温NH₃-SCR反应（NH₃+NO+O₂→N₂+H₂O）是NO氧化反应（NO+O₂→NO₂）与“快速SCR”反应（NH₃+NO+NO₂→N₂+H₂O）耦合的结果，NO氧化反应是整个低温NH₃-SCR过程的控速反应。结合原位红外和密度泛函理论计算等手段，发现了一种新型二齿硝酸盐中间产物（*MnO₂NO₂），并提出了完整的NO催化氧化路径。该工作为后续高效低温NH₃-SCR催化剂的设计合成提供了重要思路及理论基础。

题目为《Fe_oct−O−Mn_tet位点高度暴露的Fe掺杂Mn₃O₄尖晶石纳米颗粒催化剂低温下高效选择性催化还原氮氧化物》（Fe-doped Mn₃O₄spinel nanoparticles with highly exposed Fe_oct−O−Mn_tetsites for efficient selective catalytic reduction (SCR) of NO with ammonia at low temperatures）的研究论文发表在催化领域权威期刊ACS Catalysis上(ACS Catalysis, 2020, 10, 6803–6809)。基于前文对低温NH₃-SCR反应机理的研究，NO氧化反应是低温NH₃-SCR过程的关键，而氧缺位在金属氧化物表面氧化反应中起到关键作用。鉴于此，本工作旨在采用变价金属Fe对Mn₃O₄尖晶石结构精准、均匀掺杂，进而调控材料Mn-O键强度及缺位生成能。传统制备方法（如：浸渍法、共沉淀法）无法实现Fe–Mn复合氧化物材料的精准控制合成，难以对催化点位和催化活性进行构效关联，进而导致对本征活性位点认识不足。本工作以Fe–Mn双金属有机框架化合物为前驱物，精准合成了系列Fe/Mn摩尔比可调的、小尺寸的、组分和形貌均一的Fe–Mn尖晶石催化剂（Fe_xMn_3-xO₄NPs）。Fe_0.35Mn_2.65O₄NPs催化剂能在180℃、400000 h^-1下达到90% NO脱除率。基于对材料的精准控制合成以及同步辐射X射线吸收光谱对材料的结构精细解析，建立了Fe–Mn尖晶石材料表面活性位点与NH₃-SCR活性之间的构效关系，揭示了具有高本征活性的Fe_oct–O–Mn_tet活性位点。同时，结合理论研究发现催化剂表面氧缺位的生成是NO氧化反应的控速基元反应。Fe_oct–O–Mn_tet位点具有最低的氧缺位生成能，这是其高本征活性的根本原因。该工作对低温NH₃-SCR活性点位有了新的认识，并对高效低温NH₃-SCR催化剂的设计合成具有重要指导意义。

题目为《设计合成自组装多孔Mn₃O₄@石墨碳纳米蒲公英催化剂：一种具有显著抗SO₂中毒性能的低温NH₃-SCR催化剂》（Design of assembled composite of Mn₃O₄@Graphitic carbon porous nanodandelions: A catalyst for Low–temperature selective catalytic reduction of NO_xwith remarkable SO₂resistance）的研究论文发表在催化领域权威期刊Applied Catalysis B: Environmental上(Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 269, 118731)。抗SO₂中毒性能是抑制锰基催化剂工业化应用的瓶颈。在对锰基催化反应机理充分认识的基础下，该工作以锰基金属有机框架化合物为前驱物，通过“限域-热解-氧化”策略，设计合成了新型石墨碳改性的Mn₃O₄纳米颗粒催化剂。该催化剂表现出较高的脱硝活性（在160℃、100 000 h^-1下能达到90%以上NO转化率）及显著提高的抗SO₂中毒性能。结合同步辐射X射线吸收光谱及理论计算，揭示了石墨碳在提高催化剂抗SO₂中毒性能中的积极作用：电子可以由石墨碳向Mn₃O₄纳米颗粒转移，进而精准调节Mn₃O₄的电荷性质及氧化性，Mn₃O₄纳米颗粒适宜的氧化性能够避免SO₂氧化为SO₃，进而抑制NH₄HSO₄生成、提高催化剂抗SO₂中毒性能。该工作为设计合成具有高效抗SO₂中毒性能的低温NH₃-SCR催化剂提供了新的思路。

绿色能源化工团队长期致力于能源资源高效催化转化过程研究，在化石能源催化加氢转化、新能源氢能制取和利用、环境催化转化（脱硝、脱氯、VOCs）、生物质催化转化等领域取得了一系列基础与应用研究成果。近5年团队承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、国家自然科学基金面上项目、中国石油重大专项、中国海油科技专项、泰山学者人才项目等各类课题30余项，授权国家发明专利40余项，发表SCI学术论文100余篇。获中国石油科技进步一等奖、山东省研究生科技创新成果奖。培养的研究生获得中国青少年科技创新奖、山东省优秀博士学位论文、中国石油大学优秀博士学位论文、中国石油大学“学术十杰”以及研究生国家奖学金等多项荣誉称号。

相关链接：

1.https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122288

2.https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01284

3.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118731