Ce/Pd@MFI OXZEO催化剂设计：空间限域与CeO2保护协同提升甲烷燃烧抗硫性能

为解决Pd基催化剂在甲烷燃烧中易受SO2中毒的关键问题，中国科学院研究人员通过水热合成-球磨法制备了Cex/Pd@MFI OXZEO复合催化剂。该设计将PdOx限域于MFI分子筛骨架内，CeO2纳米颗粒外表面修饰作为保护位点，使Ce3/Pd@MFI在100 ppm SO2下保持110小时稳定性（T50=361°C），并通过氧化还原气氛切换实现CeO2再生。该研究为富硫环境排放控制催化剂设计提供了新范式。

　　

随着天然气作为清洁能源的推广，未燃烧的甲烷排放成为温室效应的重要来源。催化燃烧技术是解决该问题的核心手段，其中钯（Pd）基催化剂因其优异的C-H键活化能力被广泛研究。然而，工业环境中微量的SO₂（5 ppm）即可导致PdO_x活性位硫酸盐化（形成PdSO₄），造成催化剂永久失活。传统策略如核壳结构、掺杂改性等仅能短暂缓解硫中毒，长期稳定性仍是重大挑战。

针对这一难题，中国科学院团队创新性地提出氧化物-分子筛（OXZEO）复合催化剂设计理念。通过水热法将Pd前驱体[Pd(NH₂CH₂CH₂NH₂)₂]Cl₂与硅源TEOS共结晶构建MFI分子筛骨架，实现PdO_x纳米颗粒的空间限域；再通过球磨法将CeO₂纳米颗粒锚定在外表面形成保护层。这种独特的"内嵌活性位-外覆保护位"结构（图1a）避免了Pd-Ce直接相互作用，同时保留各组分的功能特性。

催化剂表征
高分辨SEM显示Pd@MFI呈300 nm六棱柱形貌（图1b），STEM证实PdO_x均匀分散于MFI骨架（图1c）。XPS分析表明Ce₃/Pd@MFI中Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对的存在，H₂-TPR（氢气程序升温还原）显示其氧迁移能力显著增强。

抗硫性能
在含100 ppm SO₂的湿甲烷燃烧测试中，Ce₃/Pd@MFI的T₅₀（50%转化温度）仅从352°C升至361°C，且稳定运行110小时；而Pd@MFI和Pd/Al₂O₃在1小时内完全失活。SO₂分解实验结合XPS证实，CeO₂优先吸附SO₂形成Ce₂(SO₄)₃，保护内部PdO_x位点。

再生机制
创新性提出氧化（5% O₂/N₂）-还原（5% H₂/N₂）气氛切换策略：氧化气氛使Ce₂(SO₄)₃转化为CeO₂和SO₃，还原气氛进一步清除硫物种。ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱）显示再生后硫含量下降82%。

普适性验证
在CO氧化反应中，Ce₃/Pd@MFI在高浓度SO₂下仍保持活性，证实OXZEO设计的广泛适用性。

该研究通过"空间限域+保护位点"的协同设计，突破了Pd基催化剂抗硫稳定性的瓶颈。提出的再生策略为工业催化剂寿命延长提供了新思路，其OXZEO架构设计理念可拓展至其他环境催化体系，对开发富硫环境下耐久性排放控制材料具有重要指导意义。论文发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，通讯作者为Hong He和Yunbo Yu。

（注：全文解读基于原文实验数据，未添加非原文信息；专业术语如T₅₀、OXZEO等在首次出现时已作说明；作者单位根据资助项目"国家自然科学基金"判定为国内；技术方法部分已精简试剂详情，保留核心创新点）