H₂S选择性氧化成S是一种有效的工业应用和符合环境要求的工艺，即在将尾气排放到大气中之前，将Claus技术中的残留H₂S降低至超低含量（< 0.1 ppm）。最近，大量研究人员致力于开发高活性、选择性和稳定性的催化剂用于H₂S选择性氧化。然而，由于在高活性催化剂上H₂S或硫不可避免地过度氧化成SO₂，使得人们要平衡H₂S转化率和S的选择性。

近日，中科院大连化物所刘岳峰报道了开发了一种磷酸盐改性的N掺杂的三维（3D）介孔碳/碳纳米管整体碳催化剂（N-C/CNT），从而在不损失转化率的情况下实现了H₂S选择性氧化成S的高选择性。

文章要点

1）实验结果显示，合成的P改性的N-C/CNT （N-C/CNT -6%P）表现出91.3%的高S选择性，归一化硫形成率（λ_cat）为503 g _sulfur kg_cat^-1 h^-1，与迄今为止，人们所报道的最具活性的碳基和金属氧化物催化剂相当。值得注意的是，P改性的N-C/CNT表现出极高的稳定性，即使在O₂分压、H₂O（50 vol%）和杂质气体（即50 vol% CO₂）较高的恶劣反应环境下，这表明其具有潜在的实际应用前景。

2）研究人员从碳基体与-PO_x相互作用的角度出发，对P改性的N-C/CNT的结构演变、性能变化和促进机制进行了深入研究。结果表明，P改性的N-C/CNT的表面性质受到了P改性后苯酚、吡咯、吡啶氮基团和P物种之间相互作用的调控。此外，先进表征、动力学分析以及密度泛函理论（DFT）计算结果表明，P改性的N-C/CNT转化率几乎不变而选择性提高的原因是吡啶氮位点和P物种相互作用对O₂的适度吸附和活化。

参考文献

Chi Xu, et al, Heteroatom-Doped Monolithic Carbocatalysts with Improved Sulfur Selectivity and Impurity Tolerance for H₂S Selective Oxidation, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c01252

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01252