ChemCatChem:铬掺杂CuCrCeOx固溶体:提高[CO+NO]催化反应中N2选择性

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中科院大连化学物理研究所李杲研究员和苏黎世联邦理工学院Prof. Alfons Baiker采用溶胶-凝胶法制备Cu/Cr掺杂的三元CuCrCeOx固溶体,发现Cu/Cr协同作用提高了催化剂表面的Ce3+和氧空位浓度,从而提高催化剂的活性和N2选择性。



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机动车尾气排放的NOx是重要的大气污染物,对人体健康和生态环境造成严重的损害。利用富燃条件下尾气中存在的CO作为还原剂,在催化剂的作用下同时消除这两种污染物,得到N2和CO2这两种无害的产物,具有治理成本低,安全性高等优点。二氧化铈具有较高的储放氧和Ce4+/Ce3+氧化还原循环能力,在CO还原NO反应中有广泛的研究。其中,铈基催化剂中的氧空位可以促进NO的分解并能够作为NOx还原为N2的催化位点。而通过向二氧化铈中掺杂各种金属(包括Cu、Co、Ni和Fe等)可以有效提高CO还原NO的催化活性。此前已有研究指出,Cu和Cr共同掺杂进CeO2纳米棒晶格中可以提高氧空位浓度,获得比单金属掺杂得到的的二元催化剂更高的催化活性。因此,开发具有优异催化活性的三元铈基催化剂,探究多金属掺杂所产生的协同作用对催化剂结构性能的影响,可以为后续开发新的低温高效CO还原NO反应催化剂的设计提供有效的实验支撑和理论指导。


中科院大连化学物理研究所李杲研究员和苏黎世联邦理工学院Alfons Baiker教授采用Pechini溶胶-凝胶法设计得到了三元的CuCrCeOx固溶体催化剂,并考察其在H2O/O2存在条件下CO还原NO反应的催化性能。相比于二元的CuCe和CrCe催化剂,Cu和Cr共掺杂得到的三元CuCrCe固溶体催化剂表现出良好的催化活性和N2选择性。研究表明,共掺杂导致不同过渡金属的氧化还原循环耦合,对表面氧空位的浓度有较大的影响。T95,N2(在95%N2选择性下所需的温度)与氧空位的浓度几乎是线性相关的。三元CuCrCeOx固溶体的氧空位浓度最高,从而表现出最佳的催化性能,在150ºC下达到100%的N2选择性,可以实现NO的完全转化。三种氧化还原循环(CrVI/CrIII、CuII/CuI和CeIV/CeIII)在该催化剂中起协同作用。三元CuCrCeOx催化剂具有良好的抗水性和长期稳定性,但对SO2的耐受性相对有限,这是由于催化剂形成的SO32-物种堵塞了活性氧缺陷位,从而导致催化剂失活。

文信息

Ternary CuCrCeOx Solid Solution Enhances N2-Selectivity in the NO Reduction with CO in the Presence of Water and Oxygen

Yuhang Wang, Dr. Yifei Zhang, Qike Jiang, Dr. Song Guo, Prof. Alfons Baiker, Prof. Gao Li

文章第一作者为硕士生王宇航和张翼飞博士


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202200203




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