刘 洁 辛 蕾 刘 冰 姜 枫 刘小浩

(江南大学 化学与材料工程学院, 江苏 无锡 214122)

氮氧化物(NOx)被认为是造成空气污染，酸雨，臭氧消耗和温室效应的主要原因[1,2]。大气中的大多数NOx化合物是车辆和发电厂中化石燃料的燃烧过程中释放出来的。NOx排放量每年都在持续增加。选择性催化还原(SCR)技术因其低运行成本和高效率而成为目前使用最广泛的NOx消除(脱硝)技术。在几种还原剂选择中，氨还原剂被广泛用于NOx的SCR反应中，称为NH3-SCR。然而，传统的钒基NH3-SCR脱硝催化剂存在以下缺点：(1)催化剂中的主要活性组分V2O5是剧毒物质，该催化剂在促进氮氧化物减排的同时也产生了大量剧毒的废旧催化剂，严重危害环境和人体健康，产生二次污染；(2)活性温度窗口较窄，需要控制在300～400 ℃范围内，不能够满足低温(<200 ℃)SCR脱硝技术的需求。因此，研发新型环保的高效非钒基低温NH3-SCR催化剂是当前脱硝领域里迫在眉睫的工作。

二氧化铈(CeO2)具有优异的氧化还原性能、结构易调控以及无毒等优点，Wei[3]等人报道了Cr-Ce混合氧化物催化剂在低温下显示出优异的NOx脱硝催化性能。因此，对Cr-Ce催化剂进行合理的结构设计和调控有望开发出环境友好的高催化性能的低温NH3-SCR脱硝催化剂。在这项工作中，我们对Cr掺杂CeO2催化剂进行了系统的密度泛函理论(DFT)计算和从头算热力学计算，以研究Cr掺杂CeO2催化剂的表面几何结构、电子性质以及其表面的氮氧化物NH3-SCR反应机理，揭示Cr-CeO2催化剂的结构与NH3-SCR反应性能的构效关系。

1 计算方法

使用VASP[4-5]软件包进行所有的DFT+U计算。采用Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函[6]。PAW[7]方法用来近似描述原子核与外层电子之间的相互作用。截断动能设为400 eV。……