通过NH₃选择性催化还原NO（SCR）是NO排放的一种广泛使用的技术。日益严格的排放法规要求开发适用于各种恶劣条件下使用的高性能SCR催化剂。然而，目前活性催化位点（ACS）的共同结构特征以及反应机理仍然不清楚，这成为开发此类催化剂的主要障碍之一。基于以上问题，复旦大学唐幸福，陈雅欣团队将酸性的单个Mo离子负载在氧化还原性载体Fe₂O₃上形成单原子催化剂Mo₁/Fe₂O₃。单个Mo离子可以和周围的一个Fe来自形成酸性-氧化还原性双核位点。实验结果表明SCR活性随着双核位点数量的增加而线性增加，并且催化剂的活化能保持不变。这证明了双核位点是SCR反应的活性中心。团队进一步设计了单原子催化剂W₁/Fe₂O₃和Fe₁/WO₃，发现通过调控双核位点的酸性或者氧化还原性可以调控SCR的活性。这项工作可以为开发改进高效SCR催化剂提供一种设计策略。

文章要点：

1）研究人员首先制备了暴露{001}面的六角形α-Fe₂O₃纳米片，在Fe₂O₃（001）表面上，有很多由三个表面晶格氧原子形成的三重空心位点，这些离子位点适合作为锚固Mo^5+/6+或W^5+/6+的离子半径的位置。然后成功地将单个Mo离子固定在Fe₂O₃（001）表面上，得到了单原子Mo₁/Fe₂O₃催化剂。

2）Mo₁/Fe₂O₃的 EDX以及SXRD测试表明，Mo离子处于高度分散，AC-STEM图像显示，Mo离子原子分散在α- Fe₂O₃（001）表面上。通过选定区域强度表面图和相应的结构模型进一步分析，Mo离子被精确地锚固在三重空心位置，每个孤立的Mo离子和一个相邻的最外表面的Fe离子组装成为为一个双核位点。

3）研究人员研究了双核位点的结构，测试的FT-EXAFS光谱结果与ACSTEM图像，EXAFS数据和拉曼图谱相结合，表明在Mo₁/Fe₂O₃表面上存在扭曲的MoO₆八面体结构。

4）Mo₁/Fe₂O₃的氧化还原性质起源于双核位点的FeO_x物种。由于Mo和Fe离子可以分别提供酸性和氧化还原特性，因此双核位点具有常见的SCR的ACS的酸-氧化还原特性。

5）为了确定Mo₁/Fe₂O₃的活性位点，研究人员通过调节Mo的负载量合成了一系列具有不同数量的Mo离子的Mo₁/Fe₂O₃。实验结果表明SCR活性随着双核位点数量的增加而线性增加，并且催化剂的活化能保持不变。这证明了双核位点是SCR反应的活性中心。研究人员进一步设计了单原子催化剂W₁/Fe₂O₃和Fe₁/WO₃，发现通过调控双核位点的酸性或者氧化还原性可以调控SCR的活性。

Qu, W., Liu, X., Chen, J. et al. Single-atom catalysts reveal the dinuclear characteristic of active sites in NO selective reduction with NH₃. Nat Commun 11, 1532 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-15261-5

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15261-5