机动车污染排放控制研究获进展

　　中国科学院生态环境研究中心大气环境与污染控制实验室研究员、中国工程院院士贺泓团队，在机动车污染排放控制方面取得重要进展。相关研究成果以StrikinglydistinctiveNH3SCRbehavioroverCuSSZ13inthepresenceofNO2为题，发表在《自然通讯》（NatureCommunications）上。
　　我国柴油车尤其柴油货车高频、长距离运行导致其主要污染物氮氧化物（NOx）排放量大，已成为我国灰霾（PM2。5）和臭氧（O3）复合污染形成的重要原因。重型柴油车NOx排放控制应用广泛的技术是氨选择性催化还原（NH3SCR）技术。该技术的核心是NH3SCR催化剂。
　　前期研究发现，NO2存在显著抑制了CuSSZ13小孔分子筛的NH3SCR催化性能，这一现象与其他体系如氧化物催化剂、Fe基分子筛等的NO2促进SCR现象明显不同（Catal。Sci。Technol。，2014，4，1104；J。Phys。Chem。C。，2018，122，25948；Appl。Catal。B，2020，275，119105）。研究利用动力学实验、原位X射线吸收精细结构谱（insituXAFS）及密度泛函理论（DFT）模拟计算，证实了NO2由于具有较O2更强的氧化性，使活性铜物种在实际反应中以更高价态和更多配位的CuII形式存在（骨架固定CuII和NH3络合CuII形式），抑制了活性铜物种的移动性（图1）。这使铜位点上的SCR反应能垒明显增加，导致含有NO2的SCR反应更倾向于发生在Bronsted酸性位点上（图2）。
　　该研究揭示了实际应用过程中NO2抑制商用CuSSZ13小孔分子筛催化剂SCR性能的本质原因，为柴油车尾气后处理系统SCR催化转化器设计提供了理论依据。
　　研究工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目青年科学基金项目、中科院青年创新促进会和生态中心臭氧专项的支持。
　　图1。CuSSZ13的原位XAFS图谱。a。O2He，b。NO吸附，c。NH3吸附，d。NONH3吸附，e。NONH3吸附后O2氧化，f。NONH3吸附后NO2氧化，g。标准SCR反应条件下，h。快速SCR反应条件，i。NO2SCR反应条件。
　　图2。Brnsted酸性位点上的快速SCR反应模拟计算。a。吉布斯自由能，b。基元反应中反应物、过渡态和产物的优化结构。