Science:剖析NOx選擇性催化還原中銅離子形成的動態多核位點

【引言】

單相非均勻催化劑有望結合均勻相和非均勻相催化劑的特點，從而具有規則的和結構可調諧的活性位點，實現精確的催化功能。若將其整合到具有熱穩定性的多孔固體宿主中，便于基底接觸到這些位置并將產物與催化劑分離。在傳統的定義中，單位點催化劑含有分離的活性位點，使得每個活性位點的反應速率與其空間鄰近度無關。據報道，在催化CO氧化成CO₂，選擇性氫化和水煤氣變換的反應中單一金屬原子摻入固體氧化物就遵循上述傳統的單位點行為。

【成果簡介】

北京時間2017年9月1日，Science在線發表了一篇圣母大學William F. Schneider和普渡大學Rajamani Gounder（共同通訊）等人題為“Dynamic multinuclear sites formed by mobilized copper ions in NO_x selective catalytic reduction”的文章，該團隊結合穩態和瞬態動力學測量，x射線吸收光譜和第一原理計算，證明了在反應條件下，移動的Cu⁺可以通過沸石孔隙并形成瞬態離子對，這種瞬態離子對涉及到O₂介導的Cu^I→Cu^II氧化還原步驟與選擇性催化還原（SCR）的整合。靜電束縛到框架Al中心限制了每個離子可以探測的數量，從而限制了形成離子對的能力。單個原子多核位點的動態的，可逆的形成顯示了一個有趣的現象：多核位點會落在異質或均相催化劑的常規界限之外。

【圖文導讀】

圖1?Cu密度與SCR速率依存關系

圖2 銅密度與銅氧化態的依存關系

圖3 O₂將Cu^I?氧化的氧化動力學

圖4?O₂ 吸附和氧化 Cu^I(NH ₃)₂當量的模擬

圖5?模擬Cu-Al間距升至11 ?的過程中來自電荷補償Al的Cu^I(NH₃)₂的擴散

圖6?低溫SCR催化循環

文獻鏈接：Dynamic multinuclear sites formed by mobilized copper ions in NO_x selective catalytic reduction（Science,2017,DOI:10.1126/science.aan5630）

本文由材料人學術組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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