ACS Catal：Cu/Zn双金属修饰SSZ-13分子筛

纳米

2020-05-06

SSZ-13是CHA结构的硅铝分子筛，由于具有较好的物理化学性质受到了广泛关注，特别的Cu修饰SSZ-13分子筛在选择性催化还原（slelective catalytic reduction, SCR）中得到商业化大规模应用。北京科技大学、北京化工大学等报道了Cu/Zn双金属修饰的SSZ-13分子筛催化剂，该催化剂在NH₃还原反应中展现了非常高的催化反应活性。并且，Cn/Zn-SSZ-13催化剂的稳定性比Cu-SSZ-13更高。通过XPS、H₂化学吸附、NH₃化学吸附、ESR测试结果显示，Zn的引入稳定了Cu位点，并改善了金属催化位点分布情况，并提高了NH₃催化还原反应活性，Zn在分子筛中形成了[Zn-OH]-Zeo，[Cu-O-Zn]-Zeo，[Zn-O-Zn]-Zeo催化位点。DFT计算结果显示，Zn在分子筛中形成的催化位点结构稳定了分子筛的稳定性。

本文要点：

（1）材料合成方法。首先水热合成SSZ-13分子筛，随后通过离子交换方法合成Cu/Zn修饰的SSZ-13：首先通过Cu离子交换，生成Cu/SSZ-13，随后通过再一步处理得到Cu/Zn共修饰的SSZ-13。

（2）NH₃化学吸附测试结果显示，Cu/Zn/SSZ-13催化剂的NH₃吸附作用明显增强，总NH₃吸附量提高，说明Zn²⁺离子对NH₃的相互作用能更高，此外Cu/Zn/SSZ-13催化剂中Cu和Zn的量高于理论上的离子含量，说明生成了CuO_x或ZnO_x物种，作者通过相关表征认为其中更有可能形成ZnO_x物种。通过NH₃-DFIFTS方法对催化剂上NH₃吸附过程进行表征，结果显示1490 cm^-1处有NH₄⁺的Brønsted酸吸附峰，3332 cm^-1处有NH₃的Brønsted酸吸附峰。催化反应活性结果显示，再200~600 ℃范围内，能够实现NO_x达到＞90 %的转化率。通过DFT方法对Cu/Zn-SSZ-13的稳定性进行表征，结果显示，在水热合成过程中稳定性顺序：[Zn-O-Zn]-Zeo>[Cu-O-Zn]^a-Zeo>[Cu-O-Cu]-Zeo>[Cu-O-Zn]^b-Zeo。ESR表征结果显示催化剂中的Cu主要以八面体结构Cu²⁺存在，此外还有少量5配位Cu²⁺存在。

参考文献

Ruinian Xu, Ziyang Wang, Ning Liu, Chengna Dai, Jie Zhang, Biao-Hua Chen*

Understanding of Zn functions on hydrothermal stability in one-pot synthesized Cu&Zn-SSZ-13 catalyst for NH3-SCR，ACS Catal. 2020,

DOI：10.1021/acscatal.0c01063

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01063