Cr摻雜CeO2催化劑的結構性質及氮氧化物選擇性催化還原機理的研究

劉 潔 辛 蕾 劉 冰 姜 楓 劉小浩

(江南大學 化學與材料工程學院, 江蘇 無錫 214122)

氮氧化物(NOx)被認為是造成空氣污染，酸雨，臭氧消耗和溫室效應的主要原因[1,2]。大氣中的大多數NOx化合物是車輛和發電廠中化石燃料的燃燒過程中釋放出來的。NOx排放量每年都在持續增加。選擇性催化還原(SCR)技術因其低運行成本和高效率而成為目前使用最廣泛的NOx消除(脫硝)技術。在幾種還原劑選擇中，氨還原劑被廣泛用于NOx的SCR反應中，稱為NH3-SCR。然而，傳統的釩基NH3-SCR脫硝催化劑存在以下缺點：(1)催化劑中的主要活性組分V2O5是劇毒物質，該催化劑在促進氮氧化物減排的同時也產生了大量劇毒的廢舊催化劑，嚴重危害環境和人體健康，產生二次污染；(2)活性溫度窗口較窄，需要控制在300～400 ℃范圍內，不能夠滿足低溫(<200 ℃)SCR脫硝技術的需求。因此，研發新型環保的高效非釩基低溫NH3-SCR催化劑是當前脫硝領域里迫在眉睫的工作。

二氧化鈰(CeO2)具有優異的氧化還原性能、結構易調控以及無毒等優點，Wei[3]等人報道了Cr-Ce混合氧化物催化劑在低溫下顯示出優異的NOx脫硝催化性能。因此，對Cr-Ce催化劑進行合理的結構設計和調控有望開發出環境友好的高催化性能的低溫NH3-SCR脫硝催化劑。在這項工作中，我們對Cr摻雜CeO2催化劑進行了系統的密度泛函理論(DFT)計算和從頭算熱力學計算，以研究Cr摻雜CeO2催化劑的表面幾何結構、電子性質以及其表面的氮氧化物NH3-SCR反應機理，揭示Cr-CeO2催化劑的結構與NH3-SCR反應性能的構效關系。

1 計算方法

使用VASP[4-5]軟件包進行所有的DFT+U計算。采用Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函[6]。PAW[7]方法用來近似描述原子核與外層電子之間的相互作用。截斷動能設為400 eV?！?br>