Understanding the nature of NH3-coordinated active sites and the complete reaction schemes for NH3-SCR using Cu-SAPO-34 catalysts

文献情報

出版日 2021-01-29
DOI 10.1039/D0CP06285E
インパクトファクター 3.676
著者

Guangpeng Yang, Jingyu Ran, Xuesen Du, Xiangmin Wang, Zhilin Ran, Yanrong Chen, Li Zhang, John Crittenden


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要旨

Cu-SAPO-34 zeolite catalysts show excellent NH3-SCR performance at low temperature, which is due to the catalytic capacity of copper species. Isolated CuII ions and CuIIOH are active sites, but their nature and role are not fully understood. This paper reports the DFT calculations in combination with ab initio thermodynamics to investigate NH3 and H2O coordination to copper species under typical NH3-SCR reaction conditions. In the reduction part of the NH3-SCR reaction, NH2NO and NH4NO2 intermediates will form on CuII-2NH3/3NH3 and CuIIOH-2NH3 complexes, respectively. The Brønsted acid sites are crucial for the decomposition of these intermediates, rather than copper species. Furthermore, the decomposition of NH2NO is more energetically favorable than NH4NO2 which are formed on the Brønsted acid sites. In the re-oxidation part of the NH3-SCR reaction, O2 dissociation and NO2 formation occur on CuI-2NH3 complexes in the presence of NO, and the regeneration of CuIIOH-2NH3 requires the participation of H2O. The proposed complete mechanisms highlight the importance of ligand coordinated copper species for intermediate formation and O2 activation in NH3-SCR.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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