锑改性VOx/TiO2催化剂在NH3-SCR反应中的热老化效应及性能提升机制研究

为解决VOx/TiO2催化剂热稳定性差、N2O选择性高等问题，研究人员通过锑氧化物（Sb）改性，系统研究了V/Sb摩尔比（1.2最优）和浸渍顺序对催化剂性能的影响。结果表明，Sb能稳定TiO2锐钛矿相，抑制V2O5结晶，并通过增强氧化还原性能提升老化后SCR活性（NOx转化率96%），同时显著降低N2O生成（<6.5 ppm）。该研究为开发高稳定性SCR催化剂提供了新策略。

　　

随着环保法规日益严格，氮氧化物（NO_x）排放控制成为全球性课题。选择性催化还原（SCR）技术中，钒基催化剂（VO_x/TiO₂）虽成本低且抗硫，却面临热稳定性差、高温易形成有毒V₂O₅及N₂O副产物等问题。尤其在机动车尾气处理中，300-400°C的狭窄活性窗口与150-650°C的实际工况严重不匹配。传统钨（W）、硅（Si）改性已接近性能极限，亟需新型改性策略突破瓶颈。

针对这一挑战，国外研究团队通过锑氧化物（Sb）改性VO_x/TiO₂催化剂，系统探究了V/Sb摩尔比（1.5-3.5 wt% V）、浸渍顺序及580°C老化100小时的影响。研究采用氮物理吸附、氨程序升温脱附（NH₃-TPD）、拉曼光谱和原位红外光谱（DRIFTS）等技术，结合SCR活性测试，发现Sb能显著抑制TiO₂烧结（老化后比表面积仅降5%），并通过形成Sb-O-Ti键稳定锐钛矿相。值得注意的是，V/Sb=1.2的催化剂（2V-Sb）老化后NO_x转化率提升至96%，且N₂O生成量仅为未改性催化剂的1/6。相关成果发表于《Journal of Catalysis》，为设计高稳定性SCR催化剂提供了新思路。

关键实验方法
研究采用初湿浸渍法制备催化剂，通过BET测比表面积，XRD分析晶相，NH₃-TPD评估酸性，DRIFTS表征表面吸附物种，并在固定床反应器中测试SCR活性（500 ppm NO，525 ppm NH₃，GHSV=60,000 h^-1）。

研究结果

1. 锑对TiO₂的稳定作用：Sb/TiO₂老化后比表面积仅从76降至72 m²/g，而纯TiO₂下降46%。DRIFTS显示Sb-OH（3707 cm^-1）和Sb-(OH)-Ti（3624 cm^-1）键的形成是关键。
2. VO_x物种调控：拉曼光谱证实Sb抑制V₂O₅结晶（1001 cm^-1峰消失），促进高聚合度VO_x生成。
3. 催化性能提升：2V-Sb催化剂老化后低温活性增强，归因于V-OH（3650 cm^-1）位点增加和NO₂吸附物种（1625 cm^-1）占比提高。
4. 浸渍顺序影响：共浸渍法最优，其新鲜催化剂NO_x转化率比顺序浸渍高10%，但老化后三者性能趋同。

结论与意义
该研究揭示了Sb通过双重机制提升催化剂性能：物理上抑制TiO₂相变和VO_x聚集，化学上优化V/Sb界面氧化还原循环。特别是V/Sb=1.2时形成的Sb-(OH)-V结构，能协同活化NH₃和NO_x，将操作窗口拓宽至175-450°C。相比传统W/Si改性，Sb在降低N₂O选择性（<5 ppm）方面优势显著，对满足欧七等严苛排放标准具有重要应用价值。未来研究可进一步探索Sb-Ce或Sb-Nb复合改性，以兼顾低温活性和水硫耐受性。