超高分散-高稳定柴油车氧化催化剂（DOC）的研究

The pollutants from diesel engine exhaust are major sources of haze and photochemical smog. Nowadays, catalytic purification of exhaust emission from vehicle exhausts, particularly emission from diesel engines, is one of the hot topics in environmental catalysis, and it is also the top urgent target of air pollution control in China. In this project, the diesel oxidation catalysts (DOC) will be employed for the simultaneous removal of CO, and HC in diesel emissions and the oxidation of NO to NO2 which plays a key role in effectiveness of passive regeneration of downstream diesel particulate filters (DPF) and NOx removal over selective catalytic reduction of NOx with ammonia (NH3-SCR). Through the selection and optimization of active components and tuning morphology and concentration of oxygen vacancies on oxide supports, we will exploit atomically dispersed DOC catalyst. HRTEM, XPS, EXAFS, DRIFTS and quantum chemical calculation method will be used to identify the intrinsic correlation between catalytic performance and microstructure of the DOC catalyst. Based on the above result, optimizing the formulation of DOC catalyst. This study may provide a guideline for designing DOC catalysts with high performance and thermal stability in the practical application of diesel vehicle exhaust gas purification in the future.

机动车尾气是引发灰霾、光化学烟雾等大气污染的重要原因。控制以柴油车为代表的机动车尾气排放是当今环境催化领域的研究热点与我国大气污染治理的迫切需求。本项目以柴油车氧化催化剂（DOC）—这一净化CO、HC的同时还可为后置柴油车颗粒捕集器（DPF）和选择性还原NOx（SCR）系统提供足量NO2的去除技术为研究对象，以反Ostwald熟化耦合氧空穴强化锚定贵金属为主要手段，通过系统活性组分的选择与含量控制、载体的匹配与氧空位调变，设计高分散高稳定DOC催化剂，满足柴油车尾气净化对DOC催化剂低温起燃活性高、热稳定性优异、成本低的苛刻需求；利用HRTEM、XPS、EXAFS、DRIFTS等表征与量化模拟，解析贵金属与载体之间的作用方式以及DOC反应机制；并以此为指导，优化催化剂配方，实现CO、HC的低温净化和NO氧化，为贵金属DOC催化剂在柴油车尾气净化的实际应用中提供基础数据和技术储备。

机动车尾气是引发灰霾、光化学烟雾等大气污染的重要原因，有效控制柴油车污染物排放对于改善区域大气环境具有极为重要的意义。本研究针对柴油车排放的一氧化碳、碳氢化合物及颗粒物等污染物，开发了系列高分散-高稳定-高活性的柴油车氧化催化剂。针对传统贵金属氧化催化剂存在高温易烧结、成本高等问题，采用共沉淀法合成性能优异且具有超高热稳定性的Co/Ce-Sn催化剂，并提出稳定活性组分Co的策略：通过Sn的掺杂，有助于促进Sn-Co固溶体的形成，进而有效抑制Co物种的高温烧结维持高分散状态，使得Co/Ce-Sn催化剂具有超高的热稳定性。采用系列碱金属进一步优化Co/Ce-Sn催化剂，发现Cs是最优的双功能促进剂：不仅改善了催化剂与颗粒物直接的接触效率，还提高了催化剂本征活性。基于颗粒物氧化反应的“固-固-气”接触的特点和对Ce基催化剂的研究结果分析，提出了高效稳定的颗粒物氧化催化剂的设计原则：需要同时提升催化剂本征活性与接触效率。据此设计原则，以成本较低和氧化能力较强的Mn氧化物为载体，引入Co增加催化剂的氧化还原能力，继而提升催化剂的本征活性，同时通过Ba的修饰增强Mn基催化剂低温NOx储存能力，并在中温释放出大量NO2，间接提升催化剂与颗粒物之间的接触效率，促进碳烟颗粒氧化反应。为进一步提升催化剂在实际应用中的颗粒物净化效率，选用碱金属Cs替代Ba，新型Cs/Co/Mn催化剂不仅可以提高催化剂的本征活性（活化氧能力），还可依靠“气态分子催化剂NO2”间接改善接触效率，依靠碱金属Cs在高温的熔融状态直接提升接触效率，其氧化颗粒物性能显著优于商业贵金属催化剂，具有良好的应用前景。