空间限域策略解耦金属氧化物催化剂-反应物相互作用实现NOx与氯苯协同催化消除

针对NOx与氯苯(CVOCs)协同消除过程中活性位点与反应物相互干扰的难题，研究人员通过微波辅助构建超微孔TiO2限域结构，实现反应空间分离与活性位点精准调控。该策略不仅拓宽了催化温度窗口(137–377°C)，还显著提升了CO2、HCl和N2的选择性，为多污染物协同催化提供了新型多功能催化剂设计范式。

　　

随着工业排放加剧，氮氧化物(NO_x)和氯代挥发性有机物(CVOCs)的协同治理成为环境催化领域的重大挑战。这两种污染物不仅对人体具有直接毒性，更是臭氧形成的关键前体。传统催化剂面临活性位点相互干扰、中间产物不稳定等瓶颈——例如在NO_x选择性催化还原(SCR)过程中，CVOCs氧化所需的强氧化性晶格氧会分解关键中间体NH₄NO₃，导致N₂选择性骤降。如何实现多反应的高效协同，成为设计环境功能材料的世界性难题。

河北某高校研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表的研究中，创新性地提出"空间限域解耦"策略。通过微波辅助碱热法构建超微孔TiO₂载体，结合分步浸渍负载Mn-Ce氧化物，成功实现反应空间的物理隔离与活性位点的精准调控。该工作不仅揭示了限域环境下晶格氧迁移与中间体稳定的新机制，更开发出兼具宽温域(137–377°C)和高选择性的多功能催化剂。

关键技术包括：1) 微波辅助合成超微孔TiO₂实现孔径精确控制；2) X射线吸收精细结构(XAFS)表征确认原子级分散活性位点；3) 原位红外光谱追踪NH₄NO₃中间体动态演变；4) 同位素示踪法解析晶格氧迁移路径。

【Identification of confinement structure and separated active sites】
通过N₂吸附-脱附测试证实催化剂具有0.5-1.2 nm的超微孔结构，Ce负载量仅达理论单层容量的20.5%，表明活性组分高度分散。X射线光电子能谱(XPS)显示微波处理使表面氧空位浓度提升47%，而电子顺磁共振(EPR)证实限域空间显著增强了活性氧物种的稳定性。

【Conclusion】
研究证实超微孔道的空间限域效应具有三重功能：1) 将Mn-Ce氧化物活性位点从纳米颗粒重构为原子簇；2) 抑制晶格氧对NH₄NO₃的过度氧化；3) 通过立体位阻隔离大分子干扰。这种"分区催化"策略使CB转化率和NO_x转化率分别达到92%和88%，N₂选择性提升至95%以上。

该工作为复杂反应体系的催化剂设计提供了新范式：通过物理空间隔离实现活性位点的功能解耦，突破传统催化剂"活性-选择性"的权衡效应。所开发的微波辅助限域合成方法，可拓展至其他多污染物协同消除体系，对大气污染治理技术的升级具有重要指导意义。