蒙脱石负载原子级分散Mn-O-Ce不对称位点协同催化去除NOx 与氯代芳烃的机制研究

针对工业排放中NOx 与氯代挥发性有机物（CVOC）协同去除的难题，上海大学张登松团队设计了一种蒙脱石负载原子级分散MnCeOx 催化剂（MnCeOx /MMT-Ti），通过构建不对称Mn-O-Ce活性位点，在260-330°C实现NOx 与氯苯（CB）转化率超80%，N2 和CO2 选择性超80%，突破了传统催化剂活性与选择性的权衡限制，为多污染物协同控制提供了原子尺度设计新范式。

　　

工业废气治理领域长期面临氮氧化物（NO_x
）与氯代芳烃（如氯苯CB）协同去除的技术瓶颈。这两种污染物常见于石化、垃圾焚烧等工业过程，不仅会形成光化学烟雾和臭氧，氯苯更是剧毒二噁英（PCDD/Fs）的前体。传统催化技术存在明显缺陷：钒基催化剂虽能协同脱除但温度窗口窄、CO₂
选择性低；锰铈氧化物（MnCeO_x
）虽低温活性好却易氯中毒且N₂
选择性差。如何打破活性与选择性的"跷跷板效应"，成为环境催化领域亟待突破的科学难题。

上海大学研究团队创新性地将目光投向原子尺度设计。他们利用蒙脱石（MMT）这种层状硅铝酸盐黏土的特殊结构，通过TiO₂
柱撑和界面工程策略，成功制备出原子级分散的MnCeO_x
/MMT-Ti催化剂。该研究最引人注目的发现是：在蒙脱石载体上构建的不对称Mn-O-Ce活性位点，如同分子级别的"纳米剪刀"，能同时高效活化O₂
分子和断裂C-Cl键，实现了NO_x
选择性催化还原（NH₃
-SCR）与CB氧化的完美协同。相关成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上。

研究团队采用多种先进表征技术：通过HAADF-STEM和XAFS证实原子级分散的Mn-O-Ce结构；NH₃
-TPD和Py-IR揭示蒙脱石提供的丰富布朗斯特酸位点（Br?nsted acid sites）；H₂
-TPR和原位DRIFTS阐明了独特的氧活化机制。工业模拟废气测试显示，催化剂在连续100小时运行后仍保持90%以上活性。

Identification of isolated asymmetric Mn-O-Ce sites at the atomic scale
高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）显示Mn、Ce原子呈单分散状态，X射线吸收精细结构（XAFS）分析证实Mn-O-Ce配位键的存在。密度泛函理论计算表明，Ce端的高电子密度促进O₂
的异裂活化，而Mn端负责电子转移，这种协同作用使氧空位形成能降低1.8 eV。

Conclusions
该研究开创性地通过原子分散工程解决了多污染物协同控制的矛盾：①不对称Mn-O-Ce位点通过变体Mars-van Krevelen机制（氧化还原循环机制）同时促进CB深度氧化和NO_x
选择性还原；②蒙脱石的层状结构不仅稳定原子分散位点，其酸性位点更有效捕获氯物种，使催化剂在含10% H₂
O的模拟烟气中保持稳定。

这项工作的科学价值在于：首次在黏土矿物上实现复合氧化物的原子级分散，将单原子催化概念拓展至复杂氧化物体系；提出的"单点双功能"设计原则，为开发新一代环境催化剂提供了普适性策略。从应用角度看，该催化剂原料成本仅为传统钒基催化剂的1/3，在垃圾焚烧烟气处理等领域具有重大产业化潜力。正如通讯作者张登松（Dengsong Zhang）强调的："这项研究架起了基础研究与工业应用之间的桥梁，标志着我们在原子尺度调控环境催化过程方面迈出了关键一步。"