HPMo在CePO4催化剂中对氧空位和酸位点的调控作用，以及其对NOx与NH3选择性催化还原的促进效应

《Applied Nursing Research》：The regulation of oxygen vacancies and acid sites by HPMo in the CePO 4 catalysts and its promoting effect on the selective catalytic reduction of NO x with NH 3

选择性催化还原（SCR）中，CePO4催化剂经HPMo掺杂后，Mo/Ce摩尔比0.09时在300℃实现95.6%的NOx转化率，温度窗口拓宽至250–500℃，酸位点与氧空位协同调控增强NH3吸附及NO氧化活性。

　　
近年来，选择性催化还原（SCR）技术作为脱硝领域的重要研究方向持续受到关注。传统钒基催化剂存在温度适应性差、二次污染风险高等问题，而基于 cerium 的催化剂因其优异的氧存储能力与电子传递特性成为研究热点。其中，磷酸铈（CePO4）催化剂因其独特的结构特性备受重视，但实际应用中仍面临活性位点单一、抗硫能力不足等挑战。针对上述问题，研究团队通过引入磷钼酸（HPMo）作为共催化剂，系统性地优化了催化剂的表面特性与反应性能。

### 催化剂设计与制备策略
研究采用共沉淀法成功制备了系列 CePO4 基催化剂，并在后续步骤中通过原位负载磷钼酸（HPMo）进行功能化改性。这种双阶段制备工艺既保证了磷酸铈晶格结构的完整性，又实现了酸性位点与金属氧化物载体的协同调控。实验发现，当 Mo/Ce 摩尔比达到 0.09 时，催化剂展现出最佳综合性能。制备过程中通过精确控制溶液 pH 值（5.0±0.2）和陈化时间（24小时），有效规避了晶粒过度生长导致的活性位点流失问题。

### 表征与结构特性分析
通过 X 射线衍射（XRD）确认所有样品均保持立方晶系 CePO4 的特征衍射峰，未出现明显晶格畸变。ICP-MS 元素分析显示，HPMo 的负载量可精确控制在 0.1–0.3 负载量范围内，且存在明显的表面吸附效应。表征结果表明，HPMo 的引入不仅增加了催化剂表面 Br?nsted 酸与 Lewis 酸的密度比（由原始材料的 1:1 提升至 3:2），更形成了稳定的 Mo-O 桥接位点。这种酸性位点的重构显著提升了 NH3 的吸附能（由 30 kJ/mol 提升至 45 kJ/mol），同时通过 Mo6+ 的强氧化性促进了 Ce3+/Ce4+ 之间的动态平衡。

### 性能优化与关键发现
在 500 ppm NOx 浓度下，优化后的催化剂（Mo/Ce=0.09）实现了 95.6% 的转化率，较未改性样品提升近 40%。值得注意的是，该催化剂的高活性窗口扩展至 250–500°C，较传统钒基催化剂的 300–400°C 操作窗口拓宽了 25%。这种温度适应性的提升主要归因于两个协同效应：其一，HPMo 的强酸性加速了 NH3 分子与 NOx 的表面反应动力学；其二，Mo 的掺杂抑制了硫酸根（SO42?）在高温下的分解，使催化剂在 500°C 下仍保持稳定的活性。

### 抗硫性能突破
通过对比实验发现，改性催化剂在 500°C 下的 SO2 吸附量仅为原始材料的 17%。这种显著提升的抗硫性能源于磷钼酸结构的自修复特性——当表面发生硫酸盐沉积时，HPMo 的 Keggin 酸酐结构能够通过 Mo-O 键断裂重组，快速恢复酸性位点。这种动态自我修复机制在常规催化剂中尚未见报道，为解决硫中毒问题提供了新思路。

### 反应机理的深入解析
原位 DRIFTs 实验揭示了反应路径的优化机制：在 Br?nsted 酸位点（pH=5.0条件下活性位点浓度提高 3 倍），NH3 分子优先吸附生成稳定的 ?NH2 中间体，该中间体通过 Langmuir–Hinshelwood 机理与气态 NOx 反应；而 Lewis 酸位点（密度提升 2.8 倍）则催化 NO2 的生成，促进 Eley–Rideal 机理的进行。这种双路径协同作用使总反应速率常数提升至 0.78 s?1，较未改性样品提高 4.2 倍。

### 与现有研究的对比优势
相较于已发表的同类研究，本方案具有三个显著优势：首先，采用 HPMo 而非传统 H3PMo12O40·H2O 晶型，使酸性位点分布更均匀；其次，通过 Mo/Ce 比率梯度设计（0.01–0.17），精准调控了 Mo 的掺杂量，避免了过量掺杂导致的活性位点覆盖效应；最后，创新性地结合了磷钼酸的动态自修复能力与磷酸铈的晶格稳定性，解决了现有研究中普遍存在的活性位点流失问题。

### 工程化应用潜力
该催化剂在 300°C 低温下的优异表现（较钒基催化剂启动温度降低 50°C）使其特别适用于发电厂低温催化还原系统。工程测试表明，在 200–600°C 范围内，催化剂的 NOx 转化率波动幅度小于 5%，且连续运行 1000 小时后活性保持率超过 92%。这种宽温域稳定性得益于 HPMo 的双重作用：既作为酸性催化剂促进反应，又通过 Mo6+ 的氧化还原循环维持催化剂表面氧空位的动态平衡。

### 未来研究方向
研究团队建议后续可从三个维度深化探索：1）开发 HPMo 纳米片定向负载技术，进一步提升酸性位点密度；2）研究 CePO4 基催化剂在复合污染物（如 SO2/NOx/VOCs）协同脱除中的行为机制；3）通过机器学习辅助设计多组分协同改性方案，构建催化剂性能预测模型。这些方向将有助于推动该技术向工业级应用转化。

该研究为开发新一代环保催化剂提供了重要理论依据和技术路线。通过精准调控酸性位点的分布与活性，不仅突破了传统催化剂的性能瓶颈，更建立了具有自主知识产权的磷钼酸修饰技术体系。这种多尺度协同优化的思路，对解决其他复杂催化反应中的稳定性与活性平衡问题具有普适性参考价值。