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我国学者在环境污染控制界面化学研究方面取得重要进展
2019年04月09日    作者: 汪美贞、庄乾坤、陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(项目批准号:21722702,21872102)资助下,南开大学环境科学与工程学院展思辉课题组在环境污染控制界面化学研究方面取得重要进展。研究成果以“The Role of Alkali Metal in α-MnO2 Catalyzed Ammonia-Selective Catalysis”(碱金属离子在α-MnO2选择性催化还原氮氧化物反应中的作用)为题,于2019年3月18日在线发表在Angewandte Chemie International Edition(《德国应用化学》)上,论文链接为:https://doi.org/10.1002/anie.201901771

氨气选择性催化还原(NH3-Selective Catalytic Reduction, NH3-SCR)是目前世界上应用最多、最有成效的烟气脱硝技术之一。但是,在此催化还原过程中,碱金属离子容易与催化剂活性位发生反应,改变活性位结构、致使催化剂失活,其中碱金属离子致催化剂失活是该技术的关键瓶颈之一。为了突破这一技术瓶颈,南开大学展思辉课题组通过“以毒攻毒”的策略,率先在催化剂α-MnO2孔道中嵌入碱金属离子K+。K+在α-MnO2孔道中与O原子配位形成一种弱相互作用,导致表面的Mn、O原子电荷发生重排,使催化剂表面五配位不饱和Mn5c(Lewis酸位点)位点形成缺电子结构,增强了表面Lewis酸性位点,促进了NH3吸附和活化,从而大大提高了α-MnO2选择性催化还原氮氧化物的效率。

该研究不仅提供了一种提高催化剂反应活性的有效策略,而且从原子水平阐述了催化剂表面活性位点和催化活性之间的关系,是界面化学在环境污染控制领域的成功应用。

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图1 嵌钾离子α-MnO2在NH3-SCR中的转化效率及机制

化学科学部:汪美贞、庄乾坤、陈拥军

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