钼掺杂Pt/WO3催化剂实现SO2环境下丙烷高效光热燃烧：Ptδ+-(SO4)δ-的理性利用

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Enhanced Photothermal Combustion Efficiency of Propane in the Presence of SO 2 Over Mo-Doped Pt/WO 3 Catalyst: Rational Utilization of Ptδ+-(SO 4)δ-

本研究针对工业废气中SO2导致Pt/WO3-x催化剂失活的技术难题，通过钼掺杂策略开发出新型Pt/Mo3W7Ox催化剂。表征结果表明该催化剂通过形成Ptδ+-(SO4)δ-/Pt0/PtO多元活性位点，在220°C的SO2环境中仍保持90%以上丙烷转化率，为含硫VOCs治理提供了创新解决方案。

　　

在化工生产和能源利用领域，丙烷作为典型的挥发性有机化合物（VOC），其排放控制一直是个棘手难题。虽然催化燃烧技术能将丙烷转化为无害的二氧化碳和水，但现实工业废气中常含有的二氧化硫（SO₂）就像"催化剂杀手"，会毒化活性位点导致催化剂快速失活。特别是对于表现出色的Pt/WO_3-x催化剂，其在140°C光热条件下可达5.59 mmol·g·h^-1的丙烷氧化速率，但一旦遭遇含硫环境，性能便急剧下降。

面对这一挑战，研究人员独辟蹊径，通过钼掺杂策略对催化剂进行"升级改造"。他们发现，将钼引入WO_3-x载体形成的Mo₃W₇O_x载体，能够显著提升催化剂的抗硫能力。在二氧化硫存在的苛刻条件下，新型Pt/Mo₃W₇O_x催化剂在220°C时仍能保持90%以上的丙烷转化率，这一突破性进展为含硫工业废气的净化处理提供了新的技术路径。

关键技术方法包括：通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对催化剂结构进行解析；运用X射线光电子能谱（XPS）、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、二氧化硫程序升温脱附（SO₂-TPD）等表征手段探究表面性质；采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in-situ DRIFTs）实时监测反应过程。

催化性能评价结果显示，在1250 mW/cm²光强下，Pt/Mo₃W₇O_x展现出卓越的硫稳定性。虽然其初始活性略低于Pt/WO_3-x，但在SO₂环境中表现出显著优势。表征分析揭示，钼的引入促进了Pt^δ+-(SO₄)^δ-、Pt⁰和PtO等多种活性位点的共存，这些物种协同增强了催化剂表面酸性而不损害其氧化还原能力。

机制研究表明，在SO₂存在下，催化剂表面的Pt⁰部分转化为Pt²⁺，这种转变与SO₄^2-的协同效应共同促进了C₃H₈的吸附和C-H键的解离。钼、钨、表面吸附氧和晶格缺陷的共同作用确保了活性位点的稳定性，即使部分活性位点被SO₂占据，催化剂仍能保持高效性能。

该研究通过理性设计成功开发出具有优异抗硫性能的Pt/Mo₃W₇O_x催化剂，阐明了Pt^δ+-(SO₄)^δ-物种在提升硫耐受性中的关键作用。这不仅解决了含硫废气净化中的催化剂失活难题，还为设计高效稳定的环境催化剂提供了新思路，对推动催化燃烧技术在工业废气治理中的应用具有重要意义。研究成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为VOCs污染控制领域做出了重要贡献。