镍源工程调控MnCrNi催化剂低温脱硝窗口：镍前驱体对活性的影响机制研究

本文推荐：该研究通过镍源工程（Ni source engineering）精准调控MnCr0.7Ni0.3催化剂的低温脱硝（SCR）活性窗口，发现硝酸镍（Ni(NO3)2）和醋酸镍（Ni(CH3COO)2）前驱体分别使催化剂在150-200℃和200-250℃实现96% NOx转化率。通过价态转换（Cr6+/Cr3+、Ni3+/Ni2+）和酸性位点调控，揭示了电子迁移与氧空位形成的构效关系，为工业低温废气处理提供新策略。

　　

Highlight

通过镍源工程调控MnCrNi催化剂的低温脱硝窗口：镍前驱体对活性的影响

Materials and preparation methods

采用无溶剂掺杂法合成MnCr_xNi_1-x系列催化剂，以KMnO₄为添加剂，Mn(CH₃COO)₂·4H₂O为锰源，Cr(NO₃)₃·9H₂O为铬源，并分别选用Ni(NO₃)₂·6H₂O（标记为-n）和Ni(CH₃COO)₂·4H₂O（标记为-c）作为镍前驱体。具体制备流程以MnCr为模型：将金属盐前驱体与KMnO₄按化学计量比混合研磨，经焙烧后获得目标催化剂。

Research instruments

采用多种表征手段（详见表S2）系统研究镍含量对锰铬矿结构的调控作用，包括X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和程序升温还原（H₂-TPR）等分析技术。

Activity performance of different Ni catalysts

图1(a)显示MnCr_0.7Ni_0.3-n在150-200℃实现96% NO_x转化率，而MnCr_0.7Ni_0.3-c的最佳活性窗口移至200-250℃。值得注意的是，醋酸镍衍生催化剂在高温区展现出更优异的稳定性，这归因于其表面更高的O_α含量（活性氧物种）所引发的强相互作用。

Conclusions

本研究通过镍前驱体选择成功实现了催化剂活性窗口的精准调控：硝酸镍体系（-n）在150-200℃表现卓越，而醋酸镍体系（-c）在200-250℃更具优势。密度泛函理论（DFT）计算揭示，气体分子（NO/NO₂/SO₂）的氧原子与Mn位点发生电子转移，导致气体分子键长增加并促进吸附。特别值得注意的是，NO/H₂O/NO₂与MnO(110)表面未形成显著共振作用，最终产生离子键合。