氮氧化物（NO_x）是一類重要的大氣污染物，參與形成酸雨、光化學(xué)煙霧、灰霾等一系列大氣復(fù)合污染，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。人類活動產(chǎn)生的NO_x主要來源于電廠等固定源和機動車等移動源的燃燒排放。

NH₃-SCR是去除固定源和移動源NOx的主流技術(shù)，應(yīng)用最為廣泛的催化劑體系是釩基催化劑。但是，由于SCR反應(yīng)的復(fù)雜性，目前對于釩基NH₃-SCR的微觀反應(yīng)機理的認(rèn)識仍不完全清楚。另一方面，由于高釩負(fù)載量催化劑具有催化SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的副反應(yīng)、釩氧化物具有生物毒性等問題，因此開發(fā)低釩負(fù)載量、且具有優(yōu)異低溫活性的新型釩基催化劑是目前SCR技術(shù)應(yīng)用的迫切需求。

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、城市環(huán)境研究所研究員賀泓團隊在氨選擇性催化還原氮氧化物（NH₃-SCR）研究方面取得新進展。

圖1 NH3-SCR催化循環(huán)路徑：（A）單體釩氧物種表面；（B）低聚態(tài)釩氧物種表面。

賀泓團隊借助量子化學(xué)計算方法從原子水平闡明了釩基SCR催化劑去除NOx的微觀基元反應(yīng)全過程（圖1），明確了聚合態(tài)下釩物種間的耦合作用，縮短了活性位再生的反應(yīng)路徑，并顯著降低決速步能壘。

理論和實驗均證明低聚態(tài)釩氧物種的催化活性明顯高于單體釩氧物種，是低溫SCR去除NOx的活性位。

圖2 催化活性和催化劑結(jié)構(gòu)表征：（A）硫含量對V₂O₅/TiO₂催化劑SCR去除NOx催化活性的影響；（B）硫調(diào)控對催化劑釩氧物種結(jié)構(gòu)的影響

在理論指導(dǎo)下，研究團隊在實驗上成功通過控制催化劑表面硫含量設(shè)計合成出了低聚態(tài)氧化釩活性中心結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在低釩負(fù)載量（1 wt %）下低溫SCR活性的顯著提升（圖2）。

該研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于重型柴油車尾氣凈化的低釩高活性SCR催化劑開發(fā)和量產(chǎn)。

研究成果以Polymeric vanadyl species determine the low-temperature activity of V-based catalysts for the SCR of NOx with NH3（《聚合態(tài)釩氧物種決定了釩基催化劑氨選擇性催化還原氮氧化物的低溫活性》）為題，于11月30日在Science Advances（《科學(xué)-進展》）上在線發(fā)表。

文獻信息：He G, Lian Z, Yu Y, et al. Polymeric vanadyl species determine the low-temperature activity of V-based catalysts for the SCR of NOx with NH3[J]. Science advances, 2018, 4(11): eaau4637.