Cu调控CuVOx/TiO2中p-d轨道耦合增强NOx与VOCs协同消除机制研究

针对多污染物协同控制(MPC)中NOx与VOCs组分间相互抑制的难题，研究人员通过Cu修饰钒基催化剂构建V 3d-O 2p-Cu 3d轨道耦合网络，实现275°C下90%甲苯转化率和285°C下90% NOx转化率，CO2选择性提升至100%，为工业协同催化剂设计提供新思路。

　　

随着工业排放的氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOCs)导致雾霾、臭氧等环境问题日益严峻，多污染物协同控制(MPC)技术成为环境化学前沿领域。传统钒基催化剂虽在选择性催化还原(SCR)脱硝中表现优异，但面临VOCs氧化过程中NH₃竞争吸附、中间产物积累等挑战。清华大学（根据CRediT署名中Junhua Li单位推断）的研究团队创新性地通过Cu修饰钒钛催化剂，揭示了Cu-O-V电子网络调控机制，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用浸渍法合成CuO负载的CuVO_x/TiO₂催化剂，结合密度泛函理论(DFT)计算和原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)技术，系统分析了电子结构演变与反应路径。通过X射线光电子能谱(XPS)表征电荷迁移，利用程序升温氧化(TPO)评估中间产物转化行为。

【催化性能】2V1Cu/Ti样品在275°C实现90%甲苯转化，285°C达90% NO_x转化，协同窗口拓宽至125°C。Cu的引入使CO₂选择性从62%提升至100%。

【电子结构调控】DFT证实Cu通过V 3d-O 2p-Cu 3d轨道耦合缩小带隙（图3d），促进电子迁移。XPS显示Cu²⁺/Cu⁺与V⁴⁺/V⁵⁺氧化还原对协同增强氧活化能力。

【协同机制】酸性位点与氧空位共同作用：① Cu抑制甲苯氨氧化反应中C-N键生成，阻断NH₃抑制效应；② 加速苯甲酸酯等中间体深度氧化，避免产物积累（in situ DRIFTS证实）。

该研究开创性地通过轨道耦合设计打破多污染物控制中的"跷跷板效应"，2V1Cu/Ti催化剂在350°C保持100% CO₂选择性和98% N₂选择性。理论计算与实验验证的结合为工业烟气处理催化剂开发提供了电子尺度调控新范式，其"阻断抑制-促进转化"双路径机制对开发宽温窗MPC催化剂具有重要指导价值。