檻の中の触媒:SSZ-13ゼオライトにおける条件依存の種化と交換されたカチオンの動態
Christopher Paolucci1, Atish A Parekh2, Ishant Khurana2
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Notre Dame , 182 Fitzpatrick Hall, Notre Dame, Indiana 46556, United States.
Journal of the American Chemical Society
|April 13, 2016
まとめ
銅交換されたSSZ-13ゼオライト触媒は,銅の活性部位がアルミニウム分布によって影響されていることを示しています. これらのサイトは,特に2つのアルミニウム原子を持つサイトは,アンモニアによるNOxの選択的触媒還元 (SCR) の鍵です.
科学分野:
- 材料科学
- キャタリシス
- 物理化学
背景:
- アンモニアによるNOxの選択的触媒還元 (SCR) は,排出量管理に極めて重要です.
- SSZ-13のような銅交換ゼオライトは効果的なSCR触媒ですが,構造活動関係はより深い理解を必要とします.
- 銅の活性部位の役割とゼオライトの枠組み内の分布を理解することは,触媒の最適化に不可欠です.
研究 の 目的:
- マクロスコーピーの組成パラメータ,銅の活性部位特性,およびCu-SSZ-13触媒におけるSCR活性との関係を確立する.
- アルミニウム分布に基づくSSZ-13の枠内で銅イオンの優先位置を明らかにする.
- 実験と計算の組み合わせによるSCR条件下での銅部位の行動と反応性を調査する.
主な方法:
- 異なるSi:Al比でCu交換されたSSZ-13触媒の合成と特徴づけ
- 振動スペクトロスコーピー,X線吸収スペクトロスコーピー (XAS),およびサイト計算のための化学定位を含む実験技術.
- 密度関数理論 (DFT),ストキャスティックモデリング,第一原理熱力学,およびアビニシオ分子力学などの計算方法.
主要な成果:
- SSZ-13におけるアルミニウムの分布は,ロウェンシュタインの法則に従っており,アルミニウムの2つの位 (2Al位) を含む6つの環の有意な集団がある.
- 交換されたCu(II) イオンが優先してこれらの2Alサイトを占め,その後にカップル化されていない1Alサイトが続いてCu(II) OH種を形成する.
- In situ/operando XASは,CuサイトがSCR条件下でアンモニアによって溶解され動員され,初期サイトの違いにもかかわらず,同様の触媒性能につながったことを明らかにした.
結論:
- アルミニウムの分布と,その結果生じる銅の活性部位の種化が,触媒の振る舞いに大きく影響する.
- 銅の部位は,様々な条件下でスペクトル学的に化学的に異なるが,低温SCR触媒下で同様の反応性を示す.
- これらの発見は,他のゼオライトフレームワークとSCR反応に適用可能なCu-SSZ-13触媒に関する基本的な洞察を提供します.
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