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Strikingly distinctive NH3-SCR behavior over Cu-SSZ-13 in the presence of NO2为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）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（NH3-SCR）技术。该技术的核心是NH3-SCR催化剂。
　　前期研究发现，NO2存在显著抑制了Cu-SSZ-13小孔分子筛的NH3-SCR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（in situ XAFS）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Cu-SSZ-13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.Cu-SSZ-13的原位XAFS图谱。a.O2/He，b.NO吸附，c.NH3吸附，d.NO+NH3吸附，e.NO+ NH3吸附后O2氧化，f.NO+NH3吸附后NO2氧化，g.标准SCR反应条件下，h.快速SCR反应条件，i.NO2-SCR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。