日前，环境科学与工程学院宁平、李凯、王飞团队在金属锚定机制以及氨气选择性催化氧化领域取得重要进展。该研究成果以“Modulating the anchoring states of Ag on TiO₂ by SiO₂ to boost the NH₃-SCO activity over Ag-based catalysts”为题，发表在环境和能源领域的著名学术期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy上。昆明理工大学为该论文第一作者单位，环境科学与工程学院李凯教授、宁平教授和王飞副教授为论文的共同通讯作者，博士研究生王春雪和李钊为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和云南省基础研究计划等项目的资助。

图1. Ag的锚定机制及其NH₃-SCO活性

在 "双碳 "目标的背景下，零碳燃料（如 NH₃/H₂ 或 H₂）正在能源领域兴起，NH₃ 的不完全燃烧和逃逸使NH₃减排和高效去除再次引起了研究人员的广泛关注。近年来，Ag基催化剂因其优异的低温活性和低成本被广泛作为NH3-SCO催化剂用于NH3的高效去除。然而，由于Ag0是NH₃-SCO反应的活性中心，Ag基催化剂上Ag总是以氧化态高度分散或者以金属态过度团聚成大颗粒，从而导致其低温活性较差。因此，迫切需要设计出具有高密度活性中心的Ag基催化剂。

基于此，研究团队通过经典的Stöber方法合成了具有核壳结构的TiO₂@SiO₂复合材料，以此作为载体运用浸渍法制备了负载型Ag基催化剂，相较于Ag/TiO₂和Ag/SiO₂催化剂，Ag/TiO₂@SiO₂在NH₃-SCO反应中的本征和表观活性差异明显提升。通过HAADF-STEM、XRD和XAFS等表征手段确定了Ag/TiO₂@SiO₂催化剂上Ag的分散度和价态与Ag/TiO₂和Ag/SiO₂存在明显差异。

图2. 三种载体上Ag物种状态表征

Ag的状态差异主要是由载体上的锚定位点差异引起的。一系列表征和DFT计算揭示了载体表面的OH基团而非缺陷是Ag的直接锚定位点。然而，三种载体上羟基含量和Ag分散度没有明显线性关系，DFT计算和bader电荷表明三种载体上羟基对Ag的锚定强度存在明显差异。因此，我们揭示了羟基含量和锚定强度共同决定了Ag的锚定状态。TiO₂ 的羟基含量少但锚定强度高，锚定的 Ag 处于高度分散的氧化态，而未锚定的 Ag 则以金属态（Ag0）聚集成大颗粒；SiO₂ 具有丰富的 OH 基团，但锚定强度较弱，导致过度聚集成大的 Ag0 纳米粒子（Ag0 NPs）。SiO2层的引入调节了Ag在TiO₂载体上的锚定状态，使Ag物种全部以金属态良好分散，从而遵循能垒较低的反应机理，显著改善NH3-SCO的性能。我们的研究系统地阐明了负载型催化剂上Ag锚定状态的调控机制，为设计具有特定状态的Ag基催化剂提供了新的思路。

图3. Ag在三种载体上的锚定强度对比

李凯，宁平和王飞团队主要从事环境催化功能材料的研究与设计、移动源/固定源废气净化及资源化利用。近年来，已在Nat. Commun.（1篇）, Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol.（2篇）, Appl. Catal. B Environ. Energ.（2篇）, ACS Catal.（2篇）等国内外权威学术期刊上发表了一系列高水平论文，获得了国内外广泛关注。

论文链接地址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337324004053

（供稿：环工学院）