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ChemCatChem:低温冰冻光谱!运用低温红外光谱快速实现定量分析Cu-CHA分子筛催化剂

柴油引擎运作时所产生的氮氧化物(NO, NO2)是目前空气污染以及霾害的来源之一,目前最具前景的柴油车尾气净化技术为选择性催化还原脱硝工艺(SCR),该脱硝反应是利用还原剂尿素金属催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成无污染的氮气(N2)和水(H2O),其中铜离子交换微孔洞沸石材料(Cu-CHA) 因具有优异的催化性能而受到广泛关注,其中对于Cu-CHA催化剂结构的分析是非常重要的课题。同时,Cu-CHA于常温条件下具有极高的催化活性,使得定量分析变得极具挑战性。为此,威斯康星大学麦迪逊分校Ive Hermans教授课题组和巴斯夫(BASF)公司联合提出了一个新技术,利用低温透射红外光谱于液氮温度下定量分析Cu-CHA中铜离子的浓度,利用一氧化氮(NO)吸附于Cu-CHA中铜离子的特性,通过透射红外光谱于低温(-160⁰C)的环境下可以有效的避免了NO的反应,此技术针对Cu-CHA中的Cu+和Cu2+活性位点实现定量分析。



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由于一氧化氮(NO)对Cu2+和Cu+有很好的吸附性并在红外光谱上有着不同的吸收波段,可以用来定量Cu2+和Cu+的浓度,但常温下,NO容易在铜上发生自身氧化还原反应并产生N2O,这现象大大降低了此方法的应用性。其策略,由低温透射红外光谱作为研究手段开展了Cu-CHA中铜离子的定量分析,在低温(-160⁰C)的环境下可以有效的避免了NO的反应,NO吸附于Cu+和Cu2+活性位点会于1826 cm-11887-1970 cm-1生成特定红外特征峰,团队进一步合成了数种不同铜浓度的Cu-CHA (0-1.19 wt%)并利用低温红外光谱建立铜离子的检量线,基于此分析技术,该团队针对各种工业用催化剂 (wash-coated honeycomb Cu-CHA) 作为分析其Cu2+和Cu+活性位点的浓度,此结果与H2-TPR所得到的数值极为接近 (误差值小于10%),展示了此方法的可靠性。此分析方法快速实现定量分析Cu-CHA分子筛催化剂中的Cu活性位点,可适用于广泛的样品并加速Cu-CHA催化剂的研发流程。同时,此团队更展望此技术能对于铜离子在CHA中的位置及微环境 (例如: d6r, 8r或铜二聚体) 坐进一步的分析。

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文信息

Quantification of Exchanged Copper Species in Cu-Chabazite Zeolite using Cryogenic Probe Infrared Spectroscopy

Dr. Shao-Chun Wang, Abdullah Al Abdulghani, Edgard A. Lebrón-Rodríguez, Dr. Wei-Shang Lo, Dr. Haiyang Zhu, Dr. Ahmad Moini, Dr. Ivan Petrovic, Dr. Subramanian Prasad, Prof. Ive Hermans


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202200725




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