中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心賀泓院士團隊在機動車污染排放控制方面取得重要進展
中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心大氣環(huán)境與污染控制實驗室賀泓院士團隊，在機動車污染排放控制方面取得重要進展，研究成果以“Strikingly distinctive?NH3-SCR?behavior over Cu-SSZ-13 in the presence of?NO2”為題，發(fā)表于Nature Communications （2022, 13, 4606）上。
我國柴油車尤其柴油貨車高頻、長距離運行導致其主要污染物氮氧化物（NOx）排放量大，約占全國排放總量的30%，已成為我國灰霾（PM2.5）和臭氧（O3）復合污染形成的重要原因。重型柴油車NOx排放控制應用最廣泛的技術是氨選擇性催化還原（NH3-SCR）技術，該技術的核心是NH3-SCR催化劑。
該團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，NO2存在顯著抑制了Cu-SSZ-13小孔分子篩的NH3-SCR?催化性能，這一現(xiàn)象與其他體系如氧化物催化劑、Fe基分子篩等的NO2促進SCR現(xiàn)象明顯不同（Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 1104; J. Phys. Chem. C., 2018, 122, 25948; Appl. Catal. B, 2020, 275, 119105）。研究團隊通過動力學實驗、原位X射線吸收精細結構譜（in situ XAFS）、以及密度泛函理論（DFT）模擬計算，證實了NO2由于具有較O2更強的氧化性，使活性銅物種在實際反應中以更高價態(tài)和更多配位的CuII形式存在（骨架固定CuII和NH3絡合CuII形式），嚴重抑制了活性銅物種的移動性（圖1）。這使銅位點上的SCR反應能壘明顯增加，導致含有NO2的SCR反應更傾向于發(fā)生在Bronsted酸性位點上（圖2）。
圖1 Cu-SSZ-13的原位XAFS圖譜。a.O2/He，b.NO吸附，c.NH3吸附，d.NO+NH3吸附，e.NO+NH3吸附后O2氧化，
f.NO+NH3吸附后NO2氧化，g.標準SCR反應條件下，h.快速SCR反應條件，i.NO2-SCR反應條件。
圖2 Brnsted酸性位點上的快速SCR反應模擬計算。 a.吉布斯自由能，b.基元反應中反應物、過渡態(tài)和產(chǎn)物的優(yōu)化結構。
該研究成果揭示了實際應用過程中NO2抑制商用Cu-SSZ-13小孔分子篩催化劑SCR性能的本質原因，為柴油車尾氣后處理系統(tǒng)SCR催化轉化器設計提供了理論依據(jù)。
該項研究得到了國家自然科學基金基礎科學中心基金（22188102）、青年基金（21906172）、中科院青促會（2019045）和中科院生態(tài)中心臭氧專項（RCEES-CYZX-2020）項目的資助。
該論文的通訊作者為何廣智副研究員和賀泓院士，第一作者為單玉龍助理研究員。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32136-z
大氣環(huán)境與污染控制實驗室
2022年8月15日
