華北電力大學(xué)吳揚(yáng)文、盧強(qiáng)等團(tuán)隊(duì)在《Journal of Materials Science》發(fā)表研究，開發(fā)了一種鉬（Mo）摻雜的FeVO4/TiO2催化劑，用于同步脫除工業(yè)煙氣中的氮氧化物（NOx）與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），并顯著提升其抗中毒性能。

工業(yè)煙氣通常同時(shí)含有導(dǎo)致霧霾和酸雨的NOx以及危害健康的VOCs。傳統(tǒng)處理需分步進(jìn)行，而單一催化劑若能同時(shí)處理兩者，可大幅降低電廠與工廠的成本、空間與系統(tǒng)復(fù)雜度。研究團(tuán)隊(duì)以負(fù)載于二氧化鈦上的鐵釩酸鹽（FeVO4）為基礎(chǔ)材料，該體系中的釩和鐵中心可同時(shí)驅(qū)動氨選擇性催化還原NOx與等VOCs的氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室條件下，F(xiàn)eVO4/TiO2表現(xiàn)優(yōu)異，但實(shí)際煙氣中的堿和重金屬鉛會附著在催化劑表面并逐漸使其失活。

研究人員通過模擬實(shí)驗(yàn)量化了鉀和鉛的威脅。結(jié)果顯示，鉀是更隱蔽的破壞者：它會在催化劑表面聚集，堵塞氨吸附所需的酸性位點(diǎn)，并直接毒化反應(yīng)活性位。相比之下，未改性催化劑對鉛表現(xiàn)出一定的內(nèi)在耐受性，僅輕微抑制NO轉(zhuǎn)化，反而略微促進(jìn)了氧化。然而，當(dāng)鉀與鉛同時(shí)存在時(shí)，兩者產(chǎn)生了顯著的協(xié)同中毒效應(yīng)，造成的失活程度遠(yuǎn)超單一元素疊加，表明單一毒物測試可能嚴(yán)重低估催化劑在實(shí)際工況下的降解風(fēng)險(xiǎn)。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)采用鉬摻雜策略。光譜與性能分析表明，鉬的引入從根本上改變了催化劑對鉀攻擊的響應(yīng)機(jī)制。鉬抑制了鉀在表面的聚集，使其保持分散狀態(tài)，從而緩解了酸性位堵塞和活性位中毒。此外，鉬摻雜還帶來了性能提升：它穩(wěn)定了參與電子轉(zhuǎn)移的高價(jià)態(tài)V5+和Fe3+物種，保留了豐富的表面氧空位，并優(yōu)化了孔道結(jié)構(gòu)，使酸性位數(shù)量增加且分布更均勻。這些結(jié)構(gòu)優(yōu)勢確保了催化劑在復(fù)雜毒物環(huán)境下仍能維持支撐雙污染物去除反應(yīng)的氧化還原化學(xué)循環(huán)。

該研究的核心理念是將抗中毒性置于催化劑設(shè)計(jì)的首位，而非盲目追求清潔進(jìn)料下的高活性指標(biāo)。這種穩(wěn)定高價(jià)活性物種、保留氧空位、富集并均化酸性位、物理阻礙堿金屬聚集的策略具有模塊化特征，有望拓展至鈰基、錳基等其他低溫催化體系。不過，從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)部署仍面臨諸多挑戰(zhàn)。催化劑需在含二氧化硫、水蒸氣、顆粒物及溫度波動的真實(shí)煙氣中經(jīng)歷數(shù)千小時(shí)運(yùn)行考驗(yàn)，其再生方案、機(jī)械強(qiáng)度與制造成本也將決定Zui終能否應(yīng)用于實(shí)際工程。隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)，兼具雙污染物同步脫除與強(qiáng)抗毒能力的催化劑市場需求將持續(xù)增長。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-08。本文為資料編譯。