甲苯通过在Ce–Ti催化剂上诱导过氧化物氧，意外地促进了低温下的NOx还原

《Environmental Science & Technology》：Toluene Unexpectedly Promotes Low-Temperature NOx Reduction by Inducing Peroxide Oxygen on Ce–Ti Catalysts

　　

摘要

挥发性有机化合物（VOCs）通常被认为会通过与NH₃竞争表面位点以及阻碍氧化还原中心的作用而抑制NH₃–SCR反应，然而工业烟气中往往同时存在VOCs和NO_x。本研究发现，甲苯出人意料地能促进Ce–Ti催化剂在低温下的DeNO_x反应，其中具有空心纳米管结构的CeTiNTs表现最为优异，在200 °C条件下即可实现NO_x和甲苯各90%以上的转化率，同时还具备较高的CO₂选择性和接近1的N₂选择性。从机制上来看，甲苯作为电子供体作用于表面的Ce位点，增加了Ce³⁺的比例以及与氧空位相关的吸附氧。原位近常压XPS和拉曼光谱分析表明，甲苯促使表面形成过氧化物（O₂^2–），这加速了NO氧化为NO₂，从而启动快速SCR反应路径，同时也有助于甲苯的深度氧化。密度泛函理论进一步证实了甲苯更易吸附在Ce位点上，且在特定晶格位置上氧空位的形成能降低。这些研究结果揭示了一种反应耦合机制：甲苯一方面通过竞争性吸附部分抑制某些NH₃–SCR反应步骤，另一方面则通过过氧化物促进NO氧化并增强氧活化作用，从而显著推动低温快速SCR反应的进行，为设计用于多污染物控制的催化剂提供了理论依据。