賀泓院士團(tuán)隊(duì)：Cu基小孔分子篩催化劑用于NH3選擇性催化還原NOx

近日，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心賀泓院士團(tuán)隊(duì)在《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）發(fā)表綜述文章，全面概述了Cu基小孔分子篩催化劑用于NH3選擇性催化還原NOx（NH3-SCR）近十年的研究進(jìn)展，包括反應(yīng)機(jī)制、水熱老化失活機(jī)制、中毒機(jī)制及合成方法等，提出了高效穩(wěn)定的分子篩SCR催化劑設(shè)計(jì)原則，并展望了Cu基小孔分子篩催化劑在柴油車尾氣NOx凈化方面的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

分子篩材料具備優(yōu)異的擇型性、易調(diào)變性和穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境催化領(lǐng)域。尤其在近十年來，以Cu-SSZ-13為代表的Cu基小孔分子篩由于具有優(yōu)異的NH3-SCR催化活性和水熱穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于NOx凈化。

Cu-SSZ-13小孔分子篩在NH3-SCR反應(yīng)中的組成-結(jié)構(gòu)-活性（穩(wěn)定性）關(guān)系 賀泓院士團(tuán)隊(duì)在NH3-SCR催化劑的研發(fā)方面做了大量工作，并總結(jié)出了高效NH3-SCR催化劑的普適性設(shè)計(jì)原則：即高效NH3-SCR催化劑需要氧化還原位點(diǎn)和酸性位點(diǎn)的參與，且同種功能位點(diǎn)高度分散、不同功能位點(diǎn)緊密耦合、所有功能位點(diǎn)充分暴露。

該綜述指出，Cu基分子篩催化劑達(dá)到了以上設(shè)計(jì)原則的極限：銅離子在離子交換的分子篩中呈單原子分布，且在NH3-SCR反應(yīng)中同時(shí)充當(dāng)氧化還原位點(diǎn)和酸性位點(diǎn)，這實(shí)現(xiàn)了高度分散和緊密耦合的極限。此外，由于NH3的絡(luò)合效應(yīng)，減弱了銅與分子篩骨架的相互作用，使銅氨絡(luò)合物在低溫下作為動(dòng)態(tài)活性位點(diǎn)，形成局域均相反應(yīng)，顯著增加了反應(yīng)物和活性位點(diǎn)的有效碰撞概率。

Cu基小孔分子篩的特性與NH3-SCR催化劑設(shè)計(jì)原則的匹配性 作者根據(jù)SCR催化劑在實(shí)際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，對Cu-SSZ-13小孔分子篩催化劑的合成方法及其SCR反應(yīng)機(jī)理、水熱老化失活、硫中毒及再生機(jī)制、抗中毒性能進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)；并基于Cu-SSZ-13小孔分子篩在NH3-SCR反應(yīng)中表現(xiàn)出的擇型特性，總結(jié)了兼具高活性和穩(wěn)定性的Cu基小孔分子篩的必要特征：

（1）8元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)；

（2）適宜的元素組成；

（3）較大的籠狀結(jié)構(gòu)。

在此基礎(chǔ)上，作者還介紹了其他具有以上特征的Cu基小孔分子篩催化劑。其中Cu-AEI和Cu-LTA兩種小孔分子篩具有較Cu-SSZ-13（Cu-CHA）更高的水熱穩(wěn)定性。 文章的最后，作者對未來Cu基小孔分子篩催化劑用于柴油機(jī)尾氣NOx凈化NH3-SCR反應(yīng)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)。NH3-SCR催化劑的設(shè)計(jì)原則和我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷加嚴(yán)為Cu基小孔分子篩的應(yīng)用提供了重大機(jī)遇。但仍面臨一定挑戰(zhàn)，如：

抗化學(xué)中毒性能（如SO2、HCs、磷和堿金屬等）；

NO和NO2共存時(shí)的反應(yīng)機(jī)制仍需深入研究；

除CHA、LTA和AEI沸石以外，仍需開發(fā)具有適宜元素組成和孔結(jié)構(gòu)的小孔沸石；

小孔沸石的綠色高效、環(huán)境友好合成方法。

編輯：jq