轻工化工学院余林教授为负责人的清洁化学技术团队的关于尾气脱硝催化剂的研究成果连续被著名的三大化工TOP期刊报道。

新型催化剂的设计及其应用是清洁化学技术团队的研究方向之一。在Ind. Eng. Chem. Res.的文章中，制备了Cr掺杂CeTi催化剂，该催化剂具有良好的低温活性和抗H₂O及SO₂中毒的性能。Cr的改性能有效提高催化剂的比表面积、氧空位、Ce³⁺的含量、表面酸性以及氧化还原能力，从而提升催化剂的低温活性和拓宽活性温度窗口。Cr掺杂CeTi催化剂形成更多的表面吸附氧，更易产生NO₂，有利于“快SCR”反应。另外，Cr与Ce的电子转移也是CrCeTi催化剂具有优良催化活性的重要因素之一。采用In-situ-FTIR证实了该催化剂的反应遵循Eley-Rideal（E-R）机理。采用TG-MS证实Cr的掺杂减少催化剂表面吸附的SO₂，促进硫酸氢氨的分解，因此显著地提高了催化剂的抗硫性能。

（论文链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.1c00898）

在Chemical Engineering Science 的文章中，作者同时采用Mn和Ce掺杂CeTi催化剂，采用一步沉淀法筛选出最佳配比的Cr_0.006Mn_0.05CeTiO_x催化剂，相比于CrCeTi催化剂，Mn的引入提升了催化剂的低温活性、拓宽了活性温度窗口（>90%，160-425 °C）。在250 ^oC下，经过25 h的SO₂/H₂O耐久试验后，催化性能仅下降14.8%，600 ^oC热处理2h后NO转化率恢复到91%。Mn和Ce的协同作用明显提高了催化剂的比表面积、NH₃的活化以及酸性。在Cr_0.006Mn_0.05CeTiO_x催化剂中，较高的表面吸附氧（O_α）和丰富的Ce离子促进NO氧化形成NO₂，有利于促进“快SCR”反应。Cr⁶⁺/Cr³⁺、Mn⁴⁺/Mn³⁺和Ce⁴⁺/Ce³⁺之间的产生氧化还原循环，电子从Cr³⁺和Mn³⁺到Ce⁴⁺的转移抑制SO₂对Ce⁴⁺的攻击，从而阻止了SO₂和CeO₂的反应，减少硫酸氢盐或硫酸盐在催化剂表面的沉积，从而提升了催化剂的抗硫性能。这些氧化还原循环可以促进Ce³⁺和Ce⁴⁺的转移，有利于吸附和活化NH₃形成NH₂。NH₂是SCR反应中NH₃活化和氧化生成的中间产物，由吸附在Lewis酸位点上的NH₃被活化脱氢后产生NH₂，然后与NO气体反应生成NH₂NO，最后分解成N₂和H₂O。因此可以推断Cr、Mn和Ce之间的氧化还原循环可以通过促进NH₃的活化形成NH₂，有效地促进催化反应。此外，配位的NH₃-Lewis中间体与NO和O₂发生反应，而吸附的NH₃与吸附的硝酸盐发生反应，表明催化剂的SCR反应路径同时遵循Eley-Rideal（E-R）和Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理。

（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.117450）

在AIChe Journal的文章中，作者制备了Ce改性都Cu-SSZ-13整体催化剂。将Ce的前驱体与尿素浸渍到整体催化剂的涂层中，尿素在焙烧过程中燃烧，其本身占据的空间被释放后形成多孔的涂层结构，结果表明Ce优化涂层后显著地提高了Ce2Cu-Z-SCS催化剂的低温活性和活性温度窗口，其水热稳定性和抗硫性能也明显优于Cu-Z催化剂。NH₃-TPD的实验结果表明CeO₂的改性显著提高了NH₃在涂层中的扩散速率，这归因于涂层中形成的多孔结构。Ce改性后，催化剂酸性增强。此外，CeO₂的引入促进了NO氧化成NO₂，从而触发“快SCR”反应。对气体在涂层中扩散时间的模拟计算证实涂层中的多孔结构提升了反应物的扩散效率，进而提高SCR反应速率。机理的研究表明Brønsted酸位点是SCR反应的主要活性位点，该反应路径遵循E-R机理。通过微观和宏观的分析，CeO₂的掺入优化了催化剂的物化特性以及促进反应气体的扩散，多孔的结构产生更多暴露的活性位点，进而有效地提高SCR过程气体的传质速率和反应速率。

（全文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.17834）

以上论文第一作者是轻化学院博士生刘武源，余林教授为通讯作者，我校为第一完成单位。