Ag/CeMnOx 复合氧化物中氧物种的动态行为及其对催化碳烟燃烧的促进作用研究

为解决柴油车尾气颗粒物高效净化难题，研究人员通过水热法制备Ag/CeMnOx 复合催化剂，揭示Mn掺杂诱导CeO2 晶格氧空位（Ov ）与Ce-O-Mn桥键协同提升氧物种迁移率（O2 -TPD验证）的机制。最优Ag/Ce8Mn2催化剂实现T50 =295°C的超低温碳烟氧化，循环稳定性达95%，为替代贵金属催化剂提供理论依据。

　　

随着全球柴油车保有量激增，碳烟颗粒（PM）排放导致的雾霾问题日益严峻。传统贵金属催化剂（如Pt/Pd）虽活性优异，但面临成本高昂和硫中毒等瓶颈。过渡金属氧化物催化剂中，CeO₂
因其独特的氧存储能力（OSC）和MnOx的多价态特性备受关注，但二者协同作用机制尚未完全阐明。尤其氧物种的动态行为——包括表面吸附氧（O₂
^2-
）、晶格氧（O_latt
）的迁移路径及其与碳烟的界面反应过程，成为设计高效催化剂的关键科学问题。

针对这一挑战，广东省科研团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过构建Ag/CeMnO_x
固溶体模型，首次原位捕捉到晶格氧外溢的动态过程。研究采用水热合成法制备不同Ce:Mn比（10:0至0:10）的催化剂，结合原位XRD追踪晶格演变，通过XPS定量氧空位浓度，并利用H₂
-TPR（程序升温还原）和O₂
-TPD（程序升温脱附）评估氧活化能力。

催化剂制备与表征
通过调控Mn掺杂量（8:2最优），在CeO₂
晶格中引入应变效应，使氧空位密度提升3倍（XPS证实）。Raman光谱显示472 cm^-1
峰位移证实Mn-O-Ce键形成，这种桥键结构使晶格氧扩散能垒降低56%。

催化活性与循环稳定性
在模拟柴油尾气（含10% O₂
+500 ppm NO+5% H₂
O）中，Ag/Ce8Mn2的T₅₀
较单金属催化剂降低85°C。NO通过形成NO₂
中间体促进"NO₂
-辅助机制"，而H₂
O增强碳烟-催化剂界面接触（接触角减小22°）。五次循环后活性仅衰减5%，优于多数报道的Pt基催化剂。

氧物种动态分析
原位XRD直接观察到CeO₂
（111）晶面间距在反应中收缩0.03 ?，证实体相氧向表面迁移。H₂
-TPR显示Mn⁴⁺
/Mn³⁺
还原峰向低温偏移，表明电子通过Ce³⁺
-O_v
-Mn⁴⁺
通道快速转移。

该研究创新性提出"氧空位密度-晶格氧迁移率"协同调控策略：Mn掺杂既增加氧空位（活性位点），又通过Ce-O-Mn桥键构建氧传输高速公路。Ag纳米颗粒则通过金属-载体强相互作用（SMSI）活化气相氧，形成双通道供氧机制。这一发现为开发非贵金属碳烟净化催化剂提供了明确的材料设计原则，对实现国六排放标准具有重要应用价值。