PtCeAl催化剂中金属-载体相互作用的精准调控：实现NOx还原中NH3生成的可控抑制

为解决汽车尾气处理中NOx还原选择性不足及NH3副产物生成的问题，研究人员通过调控Pt-CeO2-Al2O3催化剂的金属-载体相互作用（MSI），系统研究了界面电子结构对反应路径的影响。研究发现，适度的Pt-CeO2相互作用（PtCeAl-cal）可同时抑制NH3生成并维持高NOx转化率，为高性能尾气催化剂设计提供了原子级调控策略。

　　

汽车尾气中的氮氧化物（NO_x）是大气污染的主要元凶之一，而三效催化剂（TWC）是目前最常用的净化技术。然而，传统Pt/Al₂O₃-CeO₂催化剂在NO_x还原过程中常面临两难困境：强金属-载体相互作用（MSI）虽能提升活性，却会导致过量氨（NH₃）生成；弱相互作用虽能减少副产物，但转化效率低下。这一"活性-选择性"的矛盾犹如走钢丝，稍有不慎就会偏离环保目标。更棘手的是，现有研究对MSI如何通过原子级电子调控影响反应路径仍缺乏系统认知。

针对这一挑战，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表了一项突破性研究。他们创新性地提出"锚定策略梯度调控"方法，通过三种催化剂构型（机械混合的PtCeAl-mix、煅烧重构的PtCeAl-cal和浸渍法的PtCe-imp）建立MSI强度谱系，结合DRIFTS（漫反射红外傅里叶变换光谱）、NAP-XPS（近常压X射线光电子能谱）等先进表征技术，首次揭示了Pt^δ+-Ce³⁺电子耦合与Al-OH酸性位点的协同调控机制。

关键实验技术
研究采用湿法浸渍制备催化剂，通过XRD（X射线衍射）确认晶体结构，H₂-TPR（氢气程序升温还原）分析氧化还原性质，结合原位DRIFTS追踪反应中间体，NAP-XPS监测工作状态下电子结构演变，XANES（X射线吸收近边结构）解析Pt价态，辅以EELS（电子能量损失谱）进行微观电子结构表征。

结构表征
XRD显示所有催化剂均保持CeO₂萤石结构，但Pt物种因高度分散未检出衍射峰。H₂-TPR证实PtCe-imp具有最强Pt-CeO₂相互作用，其还原峰温度比PtCeAl-mix低72°C。EXAFS拟合发现PtCe-imp中Pt-O配位数达4.3，显著高于PtCeAl-cal的2.8，表明前者存在更紧密的界面键合。

反应性能
在模拟尾气条件下，PtCe-imp的NO_x转化率虽达98%，但NH₃选择性高达21%；而PtCeAl-cal实现双重优化——NO_x转化率95%时NH₃选择性仅6%。同位素标记实验证实，强MSI体系更易通过¹⁵NO-¹³CO耦合路径生成NH₃。

机理研究
DRIFTS捕获到关键中间体：PtCe-imp中cis-NCO物种在1620 cm^-1处强度是PtCeAl-cal的3倍，而后者更易形成trans-NO（1750 cm^-1）。NAP-XPS显示PtCe-imp的Pt 4f_7/2结合能负移0.8 eV，证实电子从Ce向Pt转移。理论计算表明，适度MSI使Pt d带中心下移0.3 eV，优化了NO解离能垒。

结论与意义
该研究建立了MSI强度与反应选择性的定量关系：弱相互作用（PtCeAl-mix）导致活性位点不足；强相互作用（PtCe-imp）引发电子过载，促进C-N耦合和H₂O诱导的NH₃生成；而适度相互作用（PtCeAl-cal）通过平衡Pt^δ+-Ce³⁺电子转移与Al³⁺酸性位点的质子转移能力，实现了"电子闸门"效应。这一发现不仅解决了TWC催化剂设计中的百年难题，其提出的"界面电子密度梯度调控"策略更可拓展至其他多相催化体系，为精准设计环境友好型催化剂提供了范式转移。