H 2 O-Mediated CuO x Redispersion and Hydroxyl Reactivity for Enhancing NO x Reduction over Cu-SSZ-13

化学 催化作用 沸石 离解(化学) 分子 反应性(心理学) 热液循环 羟基自由基 过渡金属 路易斯酸 从头算 反应机理 配体(生物化学) 无机化学 选择性催化还原 水热合成 活化能 水蒸气 光化学 多相催化 水处理 酸催化 配位复合体 过渡状态 质子
作者
Peiqi Chu,Long Zhang,Lu Wei,Zhiquan Hou,Zhuo Wang,Yunpeng Jiang,Yahan Wang,Yuxi Liu,Hongxing Dai,Erhong Duan,Jiguang Deng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (1): 1450-1460 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c12081
摘要

Traditional high-temperature hydrothermal aging commonly inhibits selective catalytic reduction of NO x with ammonia (NH 3 –SCR) over zeolite catalysts, but a comprehensive understanding of the water vapor effect remains elusive. Herein, by combining the experiment and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations, a promoted mechanism for NO x conversion by water molecules at moderate temperatures is proposed over the Cu-SSZ-13 zeolite. Upon introducing 10 vol % H 2 O, NO x conversion is enhanced by approximately 20% at 400 °C, while under 5 vol %H 2 O at 180 °C, the conversion increased from 70% to 80%. Acting as a reactant in the SCR and a ligand for active Cu sites, water vapor drives CuO x redispersion to isolated framework Cu 2+ species on the zeolite, creating Lewis acid sites for NH 3 activation and avoiding NH 3 overoxidation in the high temperature, while its dissociation produces bridge and terminal hydroxyl groups for NH 3 adsorption. Meanwhile, preferential coordination of H 2 O molecules at Cu sites triggers a shift in hydroxyl reactivity, from free H atom attacks on the coordinated hydroxyl in Cu(H 2 O)(OH) to proton transfer between the NNH + transition state and free hydroxyl groups. This transformation effectively avoids deep energy wells and decreases the overall energy barrier. This research elucidates a distinct water-mediated mechanism over a Cu-exchanged zeolite for NH 3 –SCR.
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