自从 1990 年代初期 Iwamoto和 Held 等人发现Cu分子筛作为柴油发动机尾气中NOx选择性催化还原(SCR)的有效催化剂以来，水热稳定性更高的SSZ-13(CHA)分子筛已被发现、研究并成功实现商业化。在重型柴油发动机系统中，N₂O主要来自化石燃料的燃烧和后处理过程，特别是在 NH₃ 选择性催化还原期间。为了更好地理解和控制Cu-SSZ-13催化剂，在过去的十年中，对SCR机理、活性位点和硫中毒、磷中毒和水热失活进行了广泛的研究。

有鉴于此，普渡大学Arthur J. Shih和安蒂奥基亚大学Aída Luz Villa等人，合成了三种以ZCuOH、Z₂Cu和外骨架CuxOy物种为主的Cu-SSZ-13模型催化剂，并测量了它们在标准选择性催化还原(SCR)过程中N₂O的生成速率。

本文要点

1）首先证据表明，在连续的水性离子交换和煅烧后，框架外CuxOy物种的形成与离子交换过程中Cu(OH)₂沉淀的形成有关。这些CuxOy物种在标准SCR中没有活性，而不变的表观活化能和反应顺序表明，这些CuxOy物种不会对可接近的Cu²⁺活性中心产生输运限制。

2）在标准 SCR 过程中，N₂O 形成速率在 ZCuOH 上最快（并表现出更高的选择性），其次是 Z₂Cu，然后是框架外CuxOy。由于 N₂O 形成表观活化能与标准SCR还原限制步骤相关的表观活化能难以区分，假设N₂O是在标准SCR还原步骤中生成的。此外，使用硫毒物强制 ZCuOH 限速步骤进入氧化半循环，导致 N₂O 形成表观活化能不变，进一步支持该假设。

3）这些结果表明，在工业后处理系统中使用含较高Z₂Cu活性中心的Cu-SSZ-13催化剂可以降低N₂O的排放。

参考文献：

Arthur J. Shih et al. Influence of ZCuOH, Z₂Cu, and Extraframework Cu_xO_y Species in Cu-SSZ-13 on N₂O Formation during the Selective Catalytic Reduction of NO_x with NH₃. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.1c01871

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01871