HC-SCR反应中乙醇催化制氢与还原剂活化耦合研究

以车载油品及其添加剂如乙醇为还原剂来源的碳氢选择性还原氮氧化物技术（HC-SCR）一直是机动车尾气净化研究的热点。基于氢气能大幅度提高乙醇选择性还原NOx低温活性的事实及乙醇活化为乙醛在整个反应中的关键作用，本课题提出以低温条件下乙醇自热重整制氢和还原剂活化耦合为技术路线，在深入把握乙醇催化制氢过程中的断键规则与成键原理、副产物消除机制的基础上进行制氢催化剂活性组分与载体的筛分、优化设计；利用RDIFTS、Raman、HRTEM、XAS、XPS、PAS等表征技术解析制氢关键中间体形成、制氢目标反应链与催化剂微观结构的内在关联；并以此为指导，优化以活性组分/中心-载体接触边界为核心的催化剂表面微观结构，构建较低温度下乙醇催化制氢与乙醇脱氢成醛的多功能催化体系，实现制氢与还原剂活化的耦合，为HC选择性还原NOx催化体系的低温活性改进提供新的思路与技术指导。

与实用化的NH3-SCR技术相比，HC-SCR净化柴油车NOx的最大优势在于可以以车载柴油及添加剂（如乙醇）作为还原剂，从而免除还原剂添加基础设施的建设，简化后处理系统。但是直接以柴油为还原剂时，催化剂的活性还难以满足要求。基于此，本项目首先以银/氧化铝-乙醇—这一高效的催化HC选择性还原NOx的组合体系为研究对象，以关键反应中间体-烯醇式物种的形成及反应性能为纽带，建立了银/氧化铝催化乙醇选择性还原NOx的构效关系。系统研究了银/氧化铝催化小分子HC选择性还原NOx过程中的氢气效应，揭示了氢气促进HC-SCR的一般性规律—氢气促进HC部分氧化形成高活性烯醇式物种，还原剂HC至少含有两个碳原子是氢气促进HC选择性还原NOx的前提，这一研究成果为HC重整催化体系的设计提供了依据。发现了HC-SCR反应过程中与氨相关的循环反应途径及与乙烯基氧自由基相关的气相反应机制。设计了性能优异的重整制氢催化剂，并深入研究了乙醇重整制氢的反应机制；提出了柴油-SCR的有效途径：HC重整耦合HC-SCR，重整的目的为制备小分子活性HC与H2。基于上述研究成果，发表研究论文14篇，其中SCI论文13篇，申请并授权发明专利1项，完成了项目任务指标（指标：论文4-5篇，其中SCI论文2-3篇）。