于吉红/李乙/梅东海JACS：实验+计算！揭示二次离子增强Cu-SSZ-13催化性能的机制

将二次金属离子掺入Cu改性的SSZ-13(Cu-SSZ-13)中可以提高其在氨选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)中的催化性能，但目前对次级金属离子在促进Cu-SSZ-13的NH₃-SCR性能和水热稳定性方面的工作机制仍不清楚。

基于此，吉林大学于吉红、李乙和天津工业大学梅东海等通过顺序离子交换策略将Sm离子和Cu离子引入SSZ-13，制备了一系列Cu-Sm-SSZ-13，并通过实验和理论计算从分子水平上深入了解二次离子(Sm)在增强Cu-SSZ-13催化性能方面的作用。

Cu-Sm-SSZ-13在水热老化后的NO转化率比常规Cu-SSZ-13(175-250 °C)高出近10%，显示出增强的低温活性。通过X射线衍射Rietveld细化和像差校正扫描透射电子显微镜，研究人员发现Sm离子占据SSZ-13的六元环(6MRs)，6MRs处的Sm离子可以促进8MRs处更活跃的[ZCu²⁺(OH)]⁺离子的形成。

X射线光电子能谱和密度泛函理论(DFT)计算表明，电子会从从Sm³⁺转移到到[ZCu²⁺(OH)]⁺离子，通过降低中间体(NH₄NO₂和H₂NNO)形成的活化能来促进[ZCu²⁺(OH)]⁺离子的活性。同时，Sm³⁺和[ZCu²⁺(OH)]⁺之间的静电相互作用产生了一个高反应能垒，将[ZCu²⁺(OH)]⁺离子转化为惰性的CuO_x物质，从而提高了[ZCu²⁺(OH)]⁺离子的稳定性。这项工作提供了二次离子在调节Cu活性位点分布、活性和稳定性方面的机理见解，有助于设计用于NH₃-SCR反应的高性能Cu-SSZ-13催化剂。

Unveiling Secondary-Ion-Promoted Catalytic Properties of Cu-SSZ-13 Zeolites for Selective Catalytic Reduction of NO_x. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c03877