调控铜氧化物界面反键轨道占据激活晶格氧实现快速NH3-SCR脱硝

《Applied Ocean Research》：Modulating antibonding-orbital occupancy at copper-oxide interfaces activates lattice oxygen and enables fast NH 3-SCR

本研究发现通过调控Cu2O-CuO异质结界面的分子轨道重构，可有效激活晶格氧（Olat）活性。该策略通过占据Cu 3dz2与O 2pz形成的σ*反键轨道削弱Cu–O键，促进氧空位（Ov）形成和活性氧物种（ROS）生成，从而加速NO向NO2转化并启动快速SCR（选择性催化还原）路径，显著提升低温脱硝效率。

　　

亮点

Cu₂O-CuO/Al₂O₃异质结构催化剂的合成与结构

通过氧化Cu₂O/Al₂O₃在空气条件下制备了Cu₂O-CuO/Al₂O₃异质结构催化剂（图1a）。设置氧化温度为100、200、300、400和500℃以获得不同Cu(I)和Cu(II)比例的样品。采用等温热重实验分析Cu₂O氧化动力学，通过数据采集系统在线记录氧化过程中的质量变化（图S6），因为从Cu₂O到CuO的转化涉及氧的摄取。

结论

提升催化剂表面晶格氧（O_lat）活性以促进NO₂生成并诱导快速SCR（选择性催化还原）反应，是改善低温脱硝性能的有效策略。本研究提出了一种简便的氧化还原介导方法，在Al₂O₃载体上构建具有高晶格氧活性的异质Cu₂O-CuO结构，以促进快速SCR脱硝反应。Cu₂O-CuO界面处由Cu 3d_z²和O 2p_z轨道形成的σ*占据态，从根本上削弱了Cu–O键并增强了O_lat的反应性。