船舶柴油機尾氣排放是全球空氣污染的主要來源之一。排放中排名前三的主要污染物是二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)和顆粒物。由于排氣中的NO2可以改善煙灰在催化劑上的燃燒,因此NO向NO2的催化轉化至為重要。具有良好熱穩定性的低成本鈣鈦礦催化劑表現出與Pt基商業催化劑相似甚至更高的NO氧化活性并已成為有前途的煙塵氧化材料。
近日,天津大學劉慶嶺、劉彩霞等通過EDTA鈉-檸檬酸絡合合成了一系列La(1-x)AgxCoO3(x=0、2.5、5.0和7.5%)鈣鈦礦催化劑(LAC),以了解催化劑中的活性位點對催化反應的影響。
當x=2.5%時,Ag在A位的溶解度達到最大值。此外,LA2.5C對NO氧化和NOx輔助的煙塵氧化具有優異的催化活性,具有358°C的低T50和SCO2 > 99.9%。在304 °C時,NO2的最大產率為83%。
此外,水蒸氣的存在可以促進LA2.5C的催化性能。含5% H2O,煙灰燃燒T50降低到320°C和SCO2> 99.0%。同時,重復測試五次循環后催化性能保持不變。
表征和催化測試結果表明,鑭鈣鈦礦的A位點部分被Ag+取代。催化性能的提高歸因于更容易形成氧空位和在低溫下晶格氧傳輸的增強。此外,原位DRIFTS研究表明,LA2.5C催化劑至少有兩個活性中心,包括Co3+和氧空位。DFT計算表明,相對于LC(0.629 eV),LaAgCoO3表面氧空位的形成能較低(0.383 eV),氧空位也作為活性位點參與反應。
此外,在LaAgCoO3形成穩定的CO-O-N-O LATT吸附結構,這表明有兩個協同位點,即Co3+和氧空位。從實驗和理論結果,研究人員提出了在LaAgCoO3催化劑上NO輔助煙塵氧化的循環氧化還原機理,為高性能鈣鈦礦氧化催化劑的合理設計提供了一種有前景的策略。
Promotion of A-Site Ag-Doped Perovskites for the Catalytic Oxidation of Soot: Synergistic Catalytic Effect of Dual Active Sites. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c03693
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