研究团队在ACS Catalysis上报道基于二氧化铈形貌效应的CuO-CeO₂界面调控策略促进氨选择性催化氧化

►背景介绍

氨气的过量排放会对人体健康和生态环境产生严重的危害，特别是对PM_2.5和雾霾的形成，NH₃-SCO反应生成氮气和水被认为是控制NH₃排放的有效技术。其中，Cu基催化剂的高N₂选择性和价格低廉受到了广泛研究。本团队在先前的研究中制备了CuO/CeO₂和Cu-Ce-Zr催化剂，在NH₃-SCO中展现出良好的反应活性和N₂选择性。氧化物与氧化物之间的界面结构对NH₃-SCO催化性能起到了至关重要的作用，但其作用机制和反应机理尚不清楚。在本研究中，研究团队基于纳米棒和立方体CeO₂有效构建不同的CuO-CeO₂界面，并将其应用到NH₃-SCO反应中，通过实验和理论计算揭示了不同形貌CuO/CeO₂之间的界面结构和氧空位浓度的差异，Cu⁺-O_v-Ce³⁺界面位点是NH₃的主要吸附位点，Cu/Ce-NR和Cu/Ce-NC表面硝酸盐种类的差异会影响其iSCR进程，进而影响NH₃-SCO催化性能。

►总结与展望

本工作研究了不同形貌载体在构建氧化物-氧化物界面中的调控作用和机制，研究中发现Cu/Ce-NR催化剂中具有更多的Cu⁺-O_v-Ce³⁺界面位点和氧空位浓度，Cu⁺-O_v-Ce³⁺界面位点是主要的NH₃吸附和活化位点，氧空位促进了气相氧的活化和表面晶格氧的流动，有利于生成活性氧物种，进一步促进NH₃的转化。同时，NH₃与催化剂中原位产生硝酸盐物种的进一步反应是iSCR反应机理进程中的速控步骤，NH₃与单齿硝酸盐(Cu/Ce-NR表面主要中间物种)反应性能高于双齿硝酸盐(Cu/Ce-NC表面主要中间物)。本工作对载体形貌效应调控催化剂界面结构和氧空位浓度的研究，为今后设计高性能净化NH₃或其他污染物的催化剂提供新思路。

该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、辽宁省自然科学基金项目的资助。