NH3-SCR（选择性催化还原）是脱除NO_x的重要工艺。然而，废气中的水蒸气在低温范围内严重抑制了该反应。

近日，日本东京都立大学Toru Murayama报道了研究了钨取代氧化钒的低温NH₃-SCR催化活性及其在干、湿条件下的反应机理。

文章要点

1）研究人员以偏钒酸铵（NH₄VO₃）和偏钨酸铵为原料，用草酸盐法合成了0-40 mol%钨取代氧化钒催化剂。原子分辨率HAADF-STEM图像显示，晶格中的钒原子被钨原子取代，当过量钨的掺杂量达到40mol%时，发现了相邻的和簇状的钨物种。XRD测试还表明，当摩尔比大于3.5 mol%时，催化剂中出现了WO₃相。

2）实验结果显示，3.5W-V催化剂具有最高的NO转化率，干催化剂超过99%，湿催化剂达到93%（湿，10 vol%的水）。当钒氧化物中添加超过3.5 mol%的钨时，NO转化率降低。得益于大量的WO₆单元连接了氧化钒层，添加钨显著提高了催化剂的稳定性。

3）使用operando IR和UV-Vis测量分别研究了0 W–V（不含钨的V₂O₅），3.5W–V（最佳活性催化剂）和40W–V（过量钨）的反应机理。研究发现，钒中心起氧化还原位点的作用，钨中心起到吸附氨的酸性位点的作用。钨的高覆盖率尽管增加了酸性位点的数量，同时减少了氧化还原位点的数量，因此，随着钨含量的增加，催化活性降低。

4）湿条件下，钨取代的氧化钒的酸性位点转化为Brønsted酸位点，而不含钨的氧化钒的粒子数没有明显变化。Operando UV-Vis测试结果显示，3.5mol%钨取代的钒氧化物即使在有水的情况下也表现出很强的氧化还原能力，还原半周期内N₂的生成几乎不受加水的影响。3.5W-V催化剂在水存在下具有较高的氧化还原性能和低温下的Brønsted酸位点反应活性。

参考文献

Inomata, Y., Kubota, H., Hata, S. et al. Bulk tungsten-substituted vanadium oxide for low-temperature NOx removal in the presence of water. Nat Commun 12, 557 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-020-20867-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20867-w