會(huì)員動(dòng)態(tài)
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心賀泓院士團(tuán)隊(duì)在機(jī)動(dòng)車污染排放控制方面取得重要進(jìn)展
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心大氣環(huán)境與污染控制實(shí)驗(yàn)室賀泓院士團(tuán)隊(duì)，在機(jī)動(dòng)車污染排放控制方面取得重要進(jìn)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(yùn)行導(dǎo)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(fù)合污染形成的重要原因。重型柴油車NOx排放控制應(yīng)用最廣泛的技術(shù)是氨選擇性催化還原（NH3-SCR）技術(shù)，該技術(shù)的核心是NH3-SCR催化劑。
該團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(tuán)隊(duì)通過動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、原位X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（in situ XAFS）、以及密度泛函理論（DFT）模擬計(jì)算，證實(shí)了NO2由于具有較O2更強(qiáng)的氧化性，使活性銅物種在實(shí)際反應(yīng)中以更高價(jià)態(tài)和更多配位的CuII形式存在（骨架固定CuII和NH3絡(luò)合CuII形式），嚴(yán)重抑制了活性銅物種的移動(dòng)性（圖1）。這使銅位點(diǎn)上的SCR反應(yīng)能壘明顯增加，導(dǎo)致含有NO2的SCR反應(yīng)更傾向于發(fā)生在Bronsted酸性位點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)條件下，h.快速SCR反應(yīng)條件，i.NO2-SCR反應(yīng)條件。
圖2 Brnsted酸性位點(diǎn)上的快速SCR反應(yīng)模擬計(jì)算。 a.吉布斯自由能，b.基元反應(yīng)中反應(yīng)物、過渡態(tài)和產(chǎn)物的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
該研究成果揭示了實(shí)際應(yīng)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(zhì)原因，為柴油車尾氣后處理系統(tǒng)SCR催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心基金（22188102）、青年基金（21906172）、中科院青促會(huì)（2019045）和中科院生態(tài)中心臭氧專項(xiàng)（RCEES-CYZX-2020）項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室
2022年8月15日
