综述：一氧化氮催化分解为氮气的进展与策略

本综述系统探讨了无还原剂、零二次污染的直接NO分解技术，聚焦高效催化剂设计。深入剖析反应机理（L-H与E-R路径），从氧空位生成、碱性调控、氧化还原能力及活性组分分散等核心因素，评述贵金属、过渡金属、稀土氧化物及钙钛矿材料的性能优化策略与挑战，为可持续DeNOx技术提供理论指导。

　　

Reaction mechanism of NO direct decomposition

一氧化氮（NO）的直接分解涉及四个关键步骤：NO的吸附、反应中间体的形成、N₂的生成与脱附，以及O₂的生成与脱附。该过程广泛遵循Langmuir-Hinshelwood（L-H）和Eley-Rideal（E-R）两种反应机理。两者的主要区别在于NO的吸附和表面反应方式。E-R机制涉及NO的连续吸附，预先吸附的NO分子与气相NO分子反应生成N₂O₂中间体，随后该中间体分解为N₂和吸附态氧（O）。两个O结合后形成O₂并脱附。L-H机制则涉及两个相邻吸附的NO分子直接反应生成N₂O₂中间体，后续步骤与E-R类似。O₂的脱附是整个反应的速控步骤，因其需要较高的能量以克服催化剂表面较强的氧吸附能。

Design strategies for catalyst performance enhancement

近年来，针对贵金属、过渡金属氧化物、稀土氧化物和钙钛矿型材料等各类催化剂的研究取得了显著进展。尽管这些催化剂在结构和性能上差异显著，但它们展现出一些共同的特征，这些特征共同促成了其高NO分解活性。提升催化剂活性和稳定性的关键策略包括：精准生成氧空位以促进NO吸附和O₂脱附；调控表面碱性位点以增强NO的化学吸附；优化氧化还原性能（通过引入可变价金属离子如Cu²⁺/Cu⁺、Co³⁺/Co²⁺）以加速电子转移；以及提高活性组分（如贵金属纳米粒子、活性氧化物）的分散度以暴露更多活性位点。此外，选择合适的合成方法、调控形貌结构、进行掺杂改性以及利用微波辅助等新兴技术，均为催化剂性能的进一步提升提供了有效途径。

Various catalysts

直接催化分解NO因其无需还原剂、工艺简单且经济，被视为传统DeNO_x技术（如NH₃-SCR）的理想替代或补充方案。尽管该反应在热力学上有利（ΔG = -86.6 kJ/mol），但其应用受到高昂动力学能垒（~335 kJ/mol）以及表面氧物种强烈抑制效应的严格限制，目前仍远未达到大规模应用水平。

贵金属基催化剂（如Pd、Pt、Rh）在早期研究中因其在高温度区间（600–900 °C）的高活性而备受关注。然而，它们对O₂高度敏感，在氧化条件下易中毒失活，且成本高昂限制了其广泛应用。

过渡金属基催化剂（包含Co、Cu、Mn、Fe等）在中温区间（300–700 °C）表现出活性。凭借其可逆的氧化还原电对（如Cu²⁺/Cu⁺、Mn⁴⁺/Mn³⁺），它们具有较强的电子转移能力和相对较好的耐O₂性能。然而，其整体催化活性仍有待提高。

稀土氧化物催化剂（如Y₂O₃和CeO₂）拥有丰富的表面碱性位点和氧空位，这些特性显著增强了NO的吸附和活化能力。CeO₂尤其因其出色的储释氧能力而成为研究焦点。

钙钛矿型金属氧化物（ABO₃或A₂BO₄）凭借其独特的晶体结构、可调的A位和B位阳离子以及优异的氧化还原特性，在NO分解应用中展现出巨大潜力。通过A位或B位掺杂，可以精细调控其氧空位浓度和氧化还原性质，从而优化其催化性能。

Conclusions

本综述系统总结了近年来在将NO直接分解为N₂和O₂的催化剂研究方面取得的进展，重点关注了贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、稀土氧化物催化剂和钙钛矿催化剂的结构特性、催化活性及优化策略。

贵金属基催化剂如Pd、Pt和Rh因其高活性而在早期研究中备受关注，但其对O₂的敏感性和高成本限制了实际应用。过渡金属基催化剂（Co、Cu、Mn、Fe等）在中温区表现出活性且具有较好的耐氧性，但整体活性仍需提升。稀土氧化物催化剂利用其丰富的碱性位点和氧空位增强NO吸附与活化。钙钛矿催化剂则因其结构可调性和优异的氧化还原性能展现出巨大潜力。

未来的研究应致力于通过先进的表征技术和理论计算深入探究反应机理与活性位点结构之间的关系。开发兼具优异低温活性、强大耐O₂能力及出色稳定性的新型催化剂材料是核心目标。优化制备工艺以精确控制催化剂结构（如纳米化、多孔结构设计）以及探索微波辅助等新型活化方式也是重要方向。最终目标是推动该技术向工业化应用迈进，为可持续氮氧化物净化提供解决方案。