A Sulfur‐Tolerant MOF‐Based Single‐Atom Fe Catalyst for Efficient Oxidation of NO and Hg0

催化作用 氧化剂 硫黄 吸附 材料科学 选择性 无机化学 Atom(片上系统) 密度泛函理论 光化学 化学工程 化学 物理化学 有机化学 计算化学 冶金 计算机科学 嵌入式系统 工程类
作者
Weijie Yang,Xiaoshuo Liu,Xuelu Chen,Yue Cao,Shaoping Cui,Long Jiao,Chongchong Wu,Chuanmin Chen,Dong Fu,Ian D. Gates,Zhengyang Gao,Hai‐Long Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (20) 被引量:66
标识
DOI:10.1002/adma.202110123
摘要

Catalytic oxidation of NO and Hg0 is a crucial step to eliminate multiple pollutants from emissions from coal-fired power plants. However, traditional catalysts exhibit low catalytic activity and poor sulfur resistance due to low activation ability and poor adsorption selectivity. Herein, a single-atom Fe decorated N-doped carbon catalyst (Fe1 -N4 -C), with abundant Fe1 -N4 sites, based on a Fe-doped metal-organic framework is developed to oxidize NO and Hg0 . The results demonstrate that the Fe1 -N4 -C has ultrahigh catalytic activity for oxidizing NO and Hg0 at low and room temperature. More importantly, Fe1 -N4 -C exhibits robust sulfur resistance as it preferably adsorbs reactants over sulfur oxides, which has never been achieved before with traditional catalysts. Furthermore, SO2 boosts the catalytic oxidation of NO over Fe1 -N4 -C through accelerating the circulation of active sites. Density functional theory calculations reveal that the Fe1 -N4 active sites result in a low energy barrier and high adsorption selectivity, providing detailed molecular-level understanding for its excellent catalytic performance. This is the first report on NO and Hg0 oxidation over single-atom catalysts with strong sulfur tolerance. The outcomes demonstrate that single-atom catalysts are promising candidates for catalytic oxidation of NO and Hg0 enabling cleaner coal-fired power plant operations.
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