Naukowcy poczynili znaczące postępy w zrozumieniu złożonych interakcji między dwutlenkiem siarki (więc2) i katalizatory miedzi-chabazytów (CU-CHA), kluczowe dla selektywnej redukcji katalitycznej (SCR) tlenków azotu (NOX) przez amoniak (NH3) W układach wydechowych oleju napędowego. Badanie to, prowadzone przez dr Ton Janssens z Umicore Denmark APS i dr Kirill Lomachenko z europejskiego obiektu promieniowania synchrotronowego, zostało przeprowadzone przez Anastasia Molokova, dr Olivier Mathon i dr Kirill Lomachenko z europejskiego obiektu promieniowania synchrotronowego; Reza Abasabadi, dr Elisa Borfecchia, profesor Silvia Bordiga i profesor Gloria Berlier z University of Turyn; i dr Fei Wen z Umicore AG & Co. Rzuca światło na mechanizmy SO2 Zatrucie w katalizatorach CU-CHA przy użyciu zaawansowanej spektroskopii absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS). Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Chemical Science.
Katalizatory CU-CHA są preferowane w układach wydechowych oleju napędowego ze względu na ich wysoką aktywność w niskich temperaturach i stabilności w wysokich temperaturach. Jednak ich wydajność jest poważnie utrudniona przez obecność tego2Wymaganie zastosowania ultra-niskiej siarki paliwa Diesla. Głównym wyzwaniem była dezaktywacja katalizatorów Cu-CHA w niskich temperaturach2 narażenie. To badanie ma na celu wyjaśnienie zaangażowanych w to mechanizmów reakcji2 Pobieranie i jego wpływ na wydajność katalizatora.
Naukowcy zastosowali spektroskopię absorpcyjną promieniowania rentgenowskiego (XAS) w Cu K-Grawo i S-Edge, wraz z spektroskopią emisji rentgenowskiej (XES), aby zbadać interakcję między SO2 oraz katalizatory CU-CHA o różnej zawartości miedzi. Tak to odkryli2 reaguje z [Cu2II(NH3)4O2]2+ kompleks utworzony podczas NH3-SCR, co prowadzi do powstawania CuI gatunki i siarczkowany kompleks CUII, który gromadzi się w porach zeolitu. Badanie wykazało, że SO2 Mechanizm pobierania jest spójny w katalizatorach z różnymi obciążeniami CU.
Ważnym odkryciem było to zwiększenie2 pobieranie w obecności tlenu, co ułatwia ponowne utlenienie CuI gatunki do [Cu2II(NH3)4O2]2+ złożone, udostępniając je do dalszej reakcji z tym2. Dowódzono o tym przez oceny kwantyfikacji adsorbatu rentgenowskiego (XAQ) i desorpcja SO2 (WIĘC2-Tpd).
Dr Lomachenko zauważył: „Nasze badanie ujawnia, że wychwyt siarki jest faktycznie ułatwiony przez obecność tlenu poprzez ponowne utlenienie gatunków CUI. Jest to ważny wgląd w opracowanie metod w celu złagodzenia skutków2. ”
Zespół badawczy zastosował kombinację metody metody metody najmniejszych kwadratów (MCR-ALS) i dopasowania kombinacji liniowej (LCF) do analizy widm eksperymentalnych. Zidentyfikowali tworzenie siarczkowego składnika, głównie istniejącego tak42- gatunki, w katalizatorach CU-CHA narażonych na to2. Ksanes S K-Edge i widma Kα XES potwierdziły stan utleniania siarki i jej lokalne środowisko, wyrównując się do obecności gatunków siarczkowych.
Dr Janssens podkreślił: „Zrozumienie interakcji między So2 a katalizatory CU-CHA mają kluczowe znaczenie dla opracowania bardziej wydajnych katalizatorów SCR, które mogą wytrzymać zatrucie siarki, zapewniając długoterminową żywotność układów wydechowych. ”
Odkrycia badania oferują cenny wgląd w mechanizmy2 Zatrucie i utoruj drogę do rozwoju bardziej solidnych katalizatorów CU-CHA, które mogą zachować wysoką aktywność w obecności związków siarki. Dr Janssens, dr Lomachenko i ich współpracownicy planują skoncentrować przyszłe badania na optymalizacji składu katalizatora i warunków reakcji w celu dalszego zwiększenia ich odporności na to2 dezaktywacja.
Referencje dziennika
Molokova, AY, AY, RK, Borcchia, E., Matathon, O., Bordiga, S., Tak, F., Berlier, G., Janssens, TVW i Lomachenko, KA (2023). Wyjaśnienie mechanizmu reakcji SO2 z katalizatorami CU-CHA dla NH3-SCR przez spektroskopię absorpcji promieniowania rentgenowskiego. Chemical Science, 14, 11521–11531. Doi: https://doi.org/10.1039/d3sc03924b
O autorach
Anastasia molokova jest badaczem podoktoranckim specjalizującym się w spektroskopii absorpcji rentgenowskiej (XAS) do zastosowań chemii. Pracuje na BM23 i ID24 XAS Lines europejskiego obiektu promieniowania synchrotronowego (ESRF) we Francji. Anastasia ukończyła doktorat. W naukach chemicznych i materiałowych w 2023 r. Pod wspólnym nadzorem prof. Glorii Berlier z University of Turyn we Włoszech dr Kirill A. Lomachenko z europejskiego obiektu promieniowania synchrotronowego we Francji oraz dr Ton VW Janssens z Umicore w Danii. Jej podstawowe badania koncentrują się na wykorzystywaniu spektroskopii XAS do ustalenia relacji struktury-proporcjonalnych nowych materiałów.
Ton VW Janssens jest starszym naukowcem w APS Danii Umicore. Jego głównym zainteresowaniem badawczym jest wyjaśnienie reakcji katalitycznych i dezaktywacji katalizatora. Po doktorat z Surface Science z Eindhoven University of Technology (1993) został postdoc na University of California, Riverside i Fritz-Haber Institute w Berlinie, pracując z reakcjami powierzchniowymi. W 1998 roku dołączył do Haldor Topsøe (Topsoe) w Lyngby w Danii i pracował w obszarze katalizatorów wodoru, metanolu-gasoliny, a później katalizy motoryzacyjnej. Od 2017 r. Jest częścią Departamentu Katalystów Automotive Catalysts w Danii, z naciskiem na katalizatory SCR.
Kirill A. Lomchenko jest odpowiedzialny za program badań chemii w BM23 i ID24 XASLines europejskiego obiektu promieniowania synchrotronowego (Francja). Ukończył doktorat pod wspólnym nadzorem profesjonalistów. Carlo Lamberti (University of Turyn, Włochy) i Alexander Soldatov (Southern Federal University, Rosja) na skrzyżowaniu fizyki, chemii i materiałów materiałowych. Jego główną dziedziną badań jest zastosowanie spektroskopii XAS i XES oraz powiązanych technik charakteryzacji w celu ustalenia relacji struktury nowych materiałów do katalizy, magazynowania energii i sorpcji gazowej.
