上海光源衍射线站用户在生物质能脱硝催化剂研究领域取得重要进展

近日，复旦大学环境科学与工程系唐幸福课题组在抗碱金属脱硝（SCR）催化剂研究方面取得了突破性进展，相关结果发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 660-664)。该研究成果为生物质（如秸秆）的利用提供了一种“变废为宝”的环保方法，同时在控制氮氧化物的排放和减少大气中颗粒物（PM2.5）污染等方面具有重要应用价值。

生物质燃烧会造成颗粒物（PM2.5）和氮氧化物对大气环境的污染，其中解决问题的一个有效的方法是将生物质集中于锅炉燃烧并使之转化为热能或电能，燃烧生成的PM2.5则被除尘装置有效地收集。但是，生物质燃烧生成的气溶胶含有高浓度的碱金属会使催化剂很快失去作用（失活），所以传统脱硝催化剂在生物质能的利用过程中作用甚微。因此开发具有强抗碱金属能力的脱硝催化剂成为了生物质能利用研究方面的瓶颈问题。

研究表明，碱金属导致脱硝催化剂快速失活的原因是碱金属占据了催化剂的活性位（起催化作用的中心）。利用上海光源BL14B1衍射线站原位XRD实验方法，复旦大学唐幸福课题组清晰地观察到了KCl在变温过程中逐渐消失的过程，证实了温度超过230度时，K+自发从体催化活性表面存储位迁移到HMO（锰钡矿氧化锰）单元内部隧道空间，纳米态的KCl颗粒使其熔点大为降低，即使碱金属开始被动地吸附在活性位上，后期也将自动移动到属于它的存储位。这样，在存储位没有被完全占据之前，碱金属对催化剂的脱硝性能几乎没有影响。由于存储位是由单臂[MnO6]单元的孔道组成，因此该催化剂的抗碱金属能力是传统脱硝催化剂的50倍，从而使生物质能的环保利用成为可能。（材料与能源研究部供稿）

KCl/HMO高温原位XRD等高线图