一步酸蚀法构建富电子聚合钒新策略：同步提升NH3-SCR活性与抗硫性能

本研究针对低温NH3-SCR（选择性催化还原）中聚合钒物种抗SO2性能不明的难题，通过磷酸酸蚀调控钒物种电子结构，首次实现催化活性与硫耐受性的协同提升。优化后的V/P0.3Ti催化剂反应速率达0.55×10?6 mol?g?1?s?1（190°C），且SO2/H2O共存下失活率降低50%。该工作为设计高性能抗硫钒基催化剂提供了电子态调控新范式。

　　

随着工业排放标准的日益严格，氮氧化物(NO_x)的治理成为环境领域的焦点问题。选择性催化还原(NH₃-SCR)技术虽在燃煤电厂广泛应用，但在玻璃、水泥等非电行业中却面临严峻挑战——这些行业的烟气温度通常低于300°C，传统钒基催化剂在此温度区间活性不足。更棘手的是，烟气中残留的SO₂会与NH₃反应生成硫酸氢铵(ABS)，这种物质在147°C以上会形成粘稠液体，像"胶水"一样包裹催化剂活性位点，导致快速失活。如何让催化剂既在低温下"跑得快"，又能抵抗SO₂"毒药"的侵袭，成为摆在研究者面前的"不可能三角"。

中国研究人员在《Separation and Purification Technology》发表的研究给出了突破性解决方案。他们采用磷酸(H₃PO₄)一步酸蚀法改性TiO₂载体，通过"载体结构修饰-电子转移-钒物种聚合-界面键稳定"的协同机制，成功将钒活性中心从单体态转变为富电子聚合态。这种独特的电子结构不仅像"加速器"一样提升了催化效率，还像"防毒面具"般阻断了SO₂的氧化毒化路径。

研究团队运用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱锁定钒物种电子态，结合H₂程序升温还原(H₂-TPR)和原位红外光谱(DRIFTS)解析反应机理，辅以密度泛函理论(DFT)计算验证电子转移路径。通过调控磷酸添加量(0.1-0.8wt%)，发现V/P_0.3Ti催化剂展现出最佳性能：在190°C时NO转化率较传统V/Ti提升33%，反应速率达0.55×10^?6 mol?g^?1?s^{?1>。更令人振奋的是，在SO₂/H₂O共存条件下，其失活率从V/Ti的0.72%?h?1骤降至0.32%?h?1，相当于将催化剂寿命延长一倍以上。}

Catalyst preparation
通过精确控制磷酸与TiO₂的质量比(0.1-0.8)，采用湿法浸渍制备系列V/P_xTi催化剂，确保钒物种在载体表面的可控分布。

Catalytic performance
活性测试显示V/P_0.3Ti在210°C实现>95%NO转化，且反应活化能降低12.5kJ/mol。动力学分析证实其遵循双反应路径：Eley-Rideal(E-R)机制主导低温区，Langmuir-Hinshelwood(L-H)机制在高温区增强。

Conclusions
该研究突破性地揭示：1）磷酸酸蚀诱导的Br?nsted酸位(P-OH)与聚合钒形成"质子-电子"协同网络，促进NH₃解离吸附；2）富电子钒物种通过降低d带中心抑制SO₂氧化为SO₃，从源头阻断ABS生成；3）界面V-O-P键稳定聚合钒结构，避免反应条件下的解聚。这种"电子剪刀"策略为设计下一代低温抗硫催化剂提供了普适性方法，有望在非电行业NO_x治理中实现技术突破。