Copper Site Motion Promotes Catalytic NOx Reduction under Zeolite Confinement

氮氧化物 催化作用 选择性催化还原 沸石 化学 钙长石 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 燃烧 工程类
作者
Dongdong Chen,Abhishek Khetan,Huarong Lei,Valentina Rizzotto,Jia‐Yue Yang,Jiuxing Jiang,Qiming Sun,Baoxiang Peng,Peirong Chen,Regina Palkovits,Daiqi Ye,Ulrich Simon
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (42): 16121-16130 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c03422
摘要

Ammonia-mediated selective catalytic reduction (NH3-SCR) is currently the key approach to abate nitrogen oxides (NOx) emitted from heavy-duty lean-burn vehicles. The state-of-art NH3-SCR catalysts, namely, copper ion-exchanged chabazite (Cu-CHA) zeolites, perform rather poorly at low temperatures (below 200 °C) and are thus incapable of eliminating effectively NOx emissions under cold-start conditions. Here, we demonstrate a significant promotion of low-temperature NOx reduction by reinforcing the dynamic motion of zeolite-confined Cu sites during NH3-SCR. Combining complex impedance-based in situ spectroscopy (IS) and extended density-functional tight-binding molecular dynamics simulation, we revealed an environment- and temperature-dependent nature of the dynamic Cu motion within the zeolite lattice. Further coupling in situ IS with infrared spectroscopy allows us to unravel the critical role of monovalent Cu in the overall Cu mobility at a molecular level. Based on these mechanistic understandings, we elicit a boost of NOx reduction below 200 °C by reinforcing the dynamic Cu motion in various Cu-zeolites (Cu-CHA, Cu-ZSM-5, Cu-Beta, etc.) via facile postsynthesis treatments, either in a reductive mixture at low temperatures (below 250 °C) or in a nonoxidative atmosphere at high temperatures (above 450 °C).
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