纳米复合金属氧化物的分级组装及调控其选择性催化还原脱硝活性的光谱研究

Ever-lasting anthropogenic NOx emissions spurred global concerns, hence triggering both industrial and academic research activities. Selective catalytic reduction (SCR) of NOx by NH3 stands out as the major abatement technology in industry, but still requires fine-tuning of catalytic materials to meet demanding regulations under sever conditions such as high NO2/NO ratio and SO2 concentration in a low temperature range. To shed light on addressing the above issues, this project aims at fabricating hierarchically-assembled nanocomposites by combining two unique approaches; (1) soft-template synthesis of mesoporous metal oxidescomprising of W, Mo, Ti and Al by exploiting the structure-directing framework of triblock copolymer, (2) in situ surface analysis under actual SCR working conditions in aid of modulation excitation spectroscopy and phase sensitive detection. The combination of nano-architechture of evaporation-induced hierarchical assemblies with the state-of-the-art spectroscopic techniques promisingly pave the way for innovative breackthroughs for the SCR applications.

人类活动导致的NOx持续排放已激起了全球各界的广泛关注。以NH3为还原剂的NOx选择性催化还原技术是目前工业上去除NOx污染物的主要技术，然而为实现低温范围、高NO2/NO比率以及高浓度SO2等实际苛刻条件下对NOx的有效控制，需要开发更高效的催化材料。针对苛刻条件下催化去除NOx效率低的问题，本课题拟构建分级组装的纳米复合材料，并应用先进的原位光谱技术研究其在实际苛刻条件下选择性催化还原去除NOx的机理。利用蒸发诱导的软模板法合成由W，Mo，Ti和Al等元素组成的介孔金属氧化物纳米复合材料，探索三嵌段共聚物模板剂骨架结构对材料微观构型的诱导作用，精细调变催化剂的微结构；对在实际苛刻条件下进行脱硝反应的催化剂作原位表面分析，利用调制激发光谱和相敏感检测技术等时间分辨技术深入研究有关反应机理。本课题的研究结果将为选择性催化还原脱硝技术取得创新性突破建立基础。

人类活动导致的 NOx持续排放已激起了全球各界的广泛关注。NOx选择性催化还原技术是目前工业上去除NOx污染物的主要技术,我们采用三嵌段共聚物软模板法制备的Al2O3/TiO2作为载体，通过沉积-沉淀法负载上纳米金，再采用浸渍法掺杂入Ce，以改善催化性能，得到了高分散度的纳米金催化剂，测试了不同催化剂对NO+CO反应的NO转化率，并通过BET、XRD、TEM、XPS、H2-TPR等一系列材料表征手段对所制样品的组成结构进行了详细分析，经BET测试发现复合氧化物载体Al2O3/TiO2的表面积达到349m2/g，孔容为0.589mL/g，具有最佳的载体孔道结构。再进一步对催化剂的金负载量不同在相同反应条件下的催化活性对比，最终确定3wt%为最优的金负载量。对几种不同金负载量催化剂的活性测试发现单独负载金对NO+CO反应的活性并不佳，最高转化率也仅有8.2%，加入Ce以后催化剂的活性有着显著提升，由于活性组分与载体之间存在的相互作用，使不同比例的活性组分负载于相同的载体的催化活性也会大不相同。通过对不同金铈比的活性比较，确定最佳的金铈组分比为1:0.5，在该比例时，NO的转化率在300℃可达到100%。. 在研究过程中我们进一步合成了金-铁负载在二氧化钛的催化剂合成及其在CO还原NO反应中协同效应的探究。原位红外分析表明Au-FeOx为CO和NO的吸附提供了一个新的吸附位点，这一新的吸附位点能够使更多的气体分子吸附到催化剂表面。另外，在250度条件下，在催化剂表明形成了新的NO-CO表面复合物。这一表面复合物的形成对于NO-CO反应的进行起着关键作用。以及基于金的合金催化剂在NO-CO反应过程中的应用及其催化活性的优化。运用原位红外光谱技术结合调制激发光谱技术来阐明合金催化剂在催化NO-CO反应中的反应动态机理。CO在合金表面的转移现象，能够为NO在钯表面的分解提供更多地活性位点，使得NO的分解作用更加容易发生。更重要的是，金的存在促进了NO在钯上的linear型吸附，这一吸附形态，被认为是NO分解过程中极为关键的一步。