水蒸气条件下促进NOx吸附：水热老化Pd/CHA中钯再分散的机制解析

为解决柴油车冷启动时低温尾气中NOx吸附受水蒸气抑制的难题，研究人员通过水热老化（HTA）优化Pd/CHA催化剂，发现750℃处理可形成Pd2+(NO)(H2O)x物种，诱导PdOx再分散为活性Pd阳离子，显著提升湿条件下NOx吸附量。该研究为设计抗水干扰的被动NOx吸附剂（PNA）提供了新思路。

　　

柴油车冷启动时排放的低温尾气中含有大量氮氧化物（NO_x），而传统选择性催化还原（NH₃-SCR）催化剂在200℃以下几乎无效。被动NO_x吸附剂（PNA）虽能捕获低温NO_x，但尾气中10%的水蒸气（H₂O）会竞争吸附位点，导致性能骤降。更棘手的是，水分子还可能引发钯（Pd）物种团聚，进一步削弱吸附能力。这一矛盾成为制约PNA实际应用的瓶颈。

日本名古屋大学团队在《Applied Catalysis A: General》发表的研究中，意外发现水热老化（HTA）处理的Pd/CHA沸石在湿条件下反而表现出增强的NO_x吸附能力。通过系统调控HTA温度（600-900℃），他们揭示750℃处理的催化剂在含H₂O环境中NO_x/Pd吸附比从0.54跃升至1.01，突破理论极限。这一反常现象背后，隐藏着水分子从“破坏者”到“助攻者”的角色转变。

研究采用多尺度表征技术：X射线衍射（XRD）确认沸石骨架稳定性，程序升温脱附（NH₃-TPD）量化酸位点变化，CO吸附红外光谱（CO-FTIR）监测Pd分散度。关键突破来自原位NO吸附红外光谱（NO-FTIR）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）分析，首次捕捉到Pd²⁺(NO)(H₂O)_x中间体的形成。

3.1 NO_x吸附-脱附测试

HTA温度呈现“火山型”效应：750℃处理的Pd/CHA-750在1020 ppm NO和10% H₂O条件下，NO_x脱附峰集中出现在250℃以下，吸附量较干条件提升87%。而900℃处理的样品因骨架脱铝完全丧失此特性。

3.2 Pd/CHA催化剂表征

XRD显示750℃处理可增强CHA特征峰强度，暗示PdO_x表面物种的分散。CO-FTIR中Pdⁿ⁺-CO/Pd_n⁰-CO比值升高，证实HTA促进Pd阳离子化。NH₃-TPD揭示中等酸强度位点与NO_x吸附增强正相关。

3.3 H₂O辅助NO_x吸附机制

NO-FTIR在1800 cm^-1处发现Pd²⁺(NO)(H₂O)_x特征峰，该物种可稳定Pd阳离子并促进其从PdO_x颗粒再分散。EXAFS证实湿条件下Pd-O-Pd配位数降低，直接证明PdO_x解聚。

这项研究颠覆了传统认知，证明适度水热老化可构建“水助催化”体系：PdO_x在H₂O和NO协同作用下解离为活性Pd²⁺，实现吸附位点自增殖。该机制为设计新一代抗水PNA催化剂提供理论基石，尤其适用于高湿度尾气环境。研究团队特别指出，HTA温度窗口需精确控制在600-750℃之间，超过900℃会导致不可逆的骨架坍塌和Pd烧结。这一发现不仅解决柴油车冷启动污染难题，更为多相催化中金属-载体相互作用调控提供新范式。