ACS Catal：掺Ce的TiO2催化剂结构设计优化NH3-SCR催化活性

纳米

2021-06-13

发展具有优异CO转化率、N₂选择性、对SO₂容忍的低温Ce基NH₃-SCR催化剂具有非常大的挑战，通过原子级精确调控催化剂的原子结构能够有效的改善催化剂的性能。有鉴于此，中国人民大学张涛、江南大学刘小浩等报道通过理论计算、实验研究相结合用于设计CeTiO_x NH₃-SCR催化剂的表面结构，从而揭示催化活性的描述符、催化活性的结构敏感性，能够用于指导、设计高活性催化剂。

本文要点：

（1）

通过DFT计算，发现掺TiCeO₂固溶体催化剂的结构在决速步骤中表现了更低的活化能，而且能够有效的区分SO₂结合位点、催化活性位点，其中Ti掺杂位点作为SO₂捕获位点、Ti相邻的Ce位点、O空穴是主要的NH₃-SCR催化活性位点。DFT计算结果有效的设计高活性掺Ti的CeO₂固溶体催化剂，与含有无定形Ce-O-Ti结构和CeO₂-TiO₂界面的催化剂相比，这种催化剂展示了优异的催化活性、优异的抗SO₂性。

（2）

通过DFT计算模拟、原位DRIFT表征揭示了掺Ti-CeO₂固溶体催化剂的NH₃-SCR催化反应主要遵循Eley–Rideal反应机理；通过DFT计算模拟、H₂-TPR、NH₃-SCR表征揭示E_H/E_NH3、E_VAC是NH₃-SCR催化反应的两个关键反应描述符。NH₃解离反应活性与E_H/E_NH3之间呈现火山型变化关系，N-O键切断能与E_VAC表现较好的线性关系。

（3）

掺Ti的CeO₂催化剂优异的NH₃-SCR催化活性来自于E_H/E_NH3、E_VAC的数值适中，作者通过TG、TPDC、原位DRIFT、DFT计算模拟揭示了Ti位点能够捕获SO₂分子从而保护催化位点免于毒化。

基于原子的配位结构表征对Ce-Ti催化剂的结构敏感性进行表征，发现四配位的四面体Ti结构具有优异的催化活性。

参考文献

Bing Liu, Jie Liu, Lei Xin, Tao Zhang*, Yuebing Xu, Feng Jiang, and Xiaohao Liu*, Unraveling Reactivity Descriptors and Structure Sensitivity in Low-Temperature NH₃-SCR Reaction over CeTiO_x Catalysts: A Combined Computational and Experimental Study, ACS Catal. 2021, 11, 7613–7636

DOI: 10.1021/acscatal.1c00311

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c00311