南师大ACS Catal.: 超声波触发晶格氧活化，增强NO选择性催化还原慕瑾催化开天地

化学吸附氧和活性晶格氧是两种主要的活性氧。与表面化学吸附氧相比，固有晶格氧相对惰性，但通过化学改性可以显著提高其反应活性。晶格氧活化策略，如异质元素掺杂和缺陷工程已被证明可以有效调节晶格氧扩散，从而改善催化性能。然而，表面化学吸附氧和体晶格氧会对研究晶格氧的贡献带来干扰。同时，对于一些需要多个活性中心的化学反应，如NH₃选择性催化还原NO (NH₃-SCR)，情况变得更加复杂。酸性和氧化还原性质对促进NH₃-SCR反应是必不可少的。在大多数情况下，很难在修改氧化还原特性时而不对表面酸性产生影响。因此，迫切需要对氧的精确调控，特别是在不破坏表面化学吸附氧的情况下对晶格氧的单一调控，但这仍然是一个艰巨的挑战。

近日，南京师范大学汤常金和陶美林等通过超声处理诱导赤铁矿(α-Fe₂O₃)中块状相缺陷的产生，从而实现独特的晶格氧活化，而不会改变表面吸附氧物种。基于一系列表征，研究人员提出了超声处理改善NH₃-SCR性能的可能机理：体缺陷的产生增强了晶格氧的扩散，促进了NO的氧化过程。

结果表明，快速SCR反应途径可以产生更多的NO₂，促进反硝化反应的发生。尤其是当反应温度高于250 °C时，这种情况更为明显。另一方面，通过与NO和NH₃反应物的简单反应，促进了表面吸附硝酸盐物种的活化。与NH₃吸附不同，NO在催化剂表面的吸附是伴随着化学氧化反应发生。

根据DRIFTS结果，氧化态为+5(相当于−NO₃)的N物种明显地固定在α-Fe₂O₃表面，而最初的化学价为+2的NO分子则发生剧烈变化。也就是说，NO与Fe₂O₃表面的相互作用不是简单的化学吸附过程，而是一个具有强电子转移的过程。随着NO分子中电子的逸出，预计将发生结构重构。

实验证明，由于NO的吸附，晶格氧峰位从529.1明显转变为529.3 eV。鉴于氧化吸附的特性，α-Fe₂O₃的整体缺陷性质会影响活性氧物种的供应和电荷转移效率，从而导致不同的硝酸盐物种的产生。此外，NO-TPSR和NH₃-DRIFTS结果表明，催化剂上存在的硝酸盐物种很容易与NO和NH₃反应，形成NH₄NO₂中间体，最终产生N₂和H₂O。因此，除了通过E-R途径发生化学反应外，催化剂上硝酸盐物种的简单活化也促进了L-H的反应途径，这反过来又有助于α-Fe₂O₃催化剂脱硝性能的显著增加。

Lattice oxygen activation triggered by ultrasonic shock significantly improves NO selective catalytic reduction. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c02400