NH3選擇性催化氧化(NH3-SCO)為N2的是處理柴油機排氣的一個重要反應(yīng)。貴金屬通常具有高NH3-SCO活性，但在高溫下不可避免地發(fā)生N2O釋放。N2、N2O和NO的選擇性主要取決于表面氧覆蓋度和反應(yīng)溫度。由于表面活性氧濃度的降低抑制了NH3的氧化，NOx和N2Ox物種的吸附提高了N2的選擇性。同時，無序的表面O原子可以選擇性地催化N-H鍵斷裂，主要產(chǎn)生N2產(chǎn)物，而具有較高氧覆蓋度的催化劑表面顯示出比N2更高的N2O選擇性。因此，封閉貴金屬上的氧離解位點可以有效地提高N2的選擇性，但也會導(dǎo)致活性的降低。

目前，過渡金屬氧化物已被報道具有高的N2選擇性，但缺乏足夠的實際應(yīng)用活性。盡管人們做出了許多努力，但是對于如何使NH3-SCO在獲得高的低溫活性的同時減少N2O排放的基本方法仍然缺乏足夠的了解。

近日，倫敦大學(xué)學(xué)院王峰和近畿大學(xué)Hiroyuki Asakura等設(shè)計了CuO負載的Co3O4作為級聯(lián)催化劑用于NH3選擇性氧化制N2。實驗結(jié)果表明，N2的選擇性隨著溫度的升高而降低，導(dǎo)致生成副產(chǎn)物N2O或NO。由于在反應(yīng)過程中形成了Co(II)-VO-Cu(i)中間物種，CuO-Co3O4催化劑可以將形成的N2O轉(zhuǎn)化為N2，這可以抑制NOx的形成。

同時，Co3O4對O2的活化是N2O形成的關(guān)鍵，而CuO-Co3O4界面的氧化還原促進了N2O的N-O鍵的解離，形成N2和活性O(shè)物種，反應(yīng)性O(shè)然后與NH3反應(yīng)生成N2。

基于以上結(jié)果，研究人員在這樣一個雙功能表面提出了一個去除N2O來形成N2的機制，即通過調(diào)節(jié)表面CuO和Co3O4的比例，可以控制N2O的生成和分解速率，從而改變產(chǎn)物的選擇性。性能測試結(jié)果顯示，最優(yōu)的90 wt% CuO-Co3O4具有相似的N2O生成速率和轉(zhuǎn)化速率，在553~673 K操作窗口下的N2產(chǎn)率>90%，比大多數(shù)文獻報道的操作窗口更寬，這種在高溫下脫除N2O的能力可進一步用于減少貴金屬催化劑的N2O排放。

此外，在Pt-Al2O3催化劑中加入90 wt% CuO-Co3O4催化劑，可以有效地提高催化劑的低溫活性，并且高溫下N2O的選擇性降低了17%。綜上，該項工作為解決N2O的排放提供了一個有效的策略，并為非貴金屬催化劑的合理設(shè)計和開發(fā)提供了指導(dǎo)。

Cascade NH3 Oxidation and N2O Decomposition via Bifunctional Co and Cu Catalysts. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02392