SO2 抑制OMS-2催化氧化单质汞的分子机制：基于密度泛函理论(DFT)的微观解析

燃煤烟气中SO2 如何抑制OMS-2催化剂对Hg0 的脱除效率？本研究通过密度泛函理论(DFT)揭示了SO2 与Hg0 在OMS-2表面活性位点的竞争吸附机制，发现Os 位点是关键吸附位点，SO2 通过占据活性位点（吸附能-167.74 kJ/mol）及提高Hg0 氧化能垒（184.47 kJ/mol）双重作用抑制汞氧化，为设计抗硫中毒汞氧化催化剂提供理论依据。

　　

汞污染因其神经毒性、环境持久性和生物累积性成为全球环境治理难题。燃煤电厂贡献了21%以上的人为汞排放，其中难处理的气态单质汞(Hg⁰
)因其高挥发性和低溶解度成为控制难点。锰基八面体分子筛(OMS-2)虽在120℃下可实现96.8%的Hg⁰
氧化效率，但烟气中SO₂
会使其效率骤降至57.5%。这一现象虽在实验中被观测到，但SO₂
抑制汞氧化的分子机制始终未明。

为解决这一科学问题，中国某高校团队在《Computational and Theoretical Chemistry》发表研究，首次通过密度泛函理论(DFT)系统揭示了SO₂
对OMS-2催化氧化Hg⁰
的抑制机制。研究采用Materials Project数据库的OMS-2晶体结构，构建(110)表面模型，通过吸附能计算、Mulliken电荷分析和过渡态搜索等方法，从原子尺度解析了SO₂
与Hg⁰
的相互作用路径。

催化剂模型
研究选取OMS-2的(110)晶面作为计算模型，该表面由MnO₆
八面体构成2×2方形隧道结构，表面存在桥氧(O_br
)和顶氧(O_s
)两类活性位点。

Hg⁰
吸附机制
DFT计算表明Hg⁰
在O_s
顶位点的吸附能(-65.82 kJ/mol)显著高于其他位点，电子转移分析证实其为化学吸附。HgO中间体吸附能达-167.74 kJ/mol，说明其更易稳定存在于催化剂表面。

SO₂
与O₂
的竞争效应
研究发现SO₂
会优先占据O_s
活性位点，其吸附能(-167.74 kJ/mol)远超Hg⁰
。而O₂
在表面解离能垒仅86.80 kJ/mol，生成的活性氧可促进Hg⁰
氧化。但当SO₂
存在时，Hg⁰
需通过表面晶格氧氧化，能垒升至184.47 kJ/mol，成为速率控制步骤。

结论与意义
该研究首次从原子尺度阐明SO₂
通过"活性位点抢占"和"能垒提升"双重机制抑制OMS-2的汞氧化性能。这一发现不仅解释了前期实验现象，更为设计抗硫中毒催化剂提供了明确靶点：通过调控表面氧物种的活性和分布，或可开发出在含硫烟气中仍保持高活性的新型汞氧化催化剂。研究建立的DFT计算方法也为其他气态污染物催化转化机制研究提供了范式。