约翰·霍普金斯大学 图形摘要
学分:自然催化(2021)
DOI: 10
1038/s 14929-020-00555-0 环境保护和未来的可持续性需要化学工程师的创新，从材料微观结构的调整到大规模工业生产方式的改变
一个紧迫的挑战是如何减少汽车发动机和工业排放的污染环境的氧化氮
约翰·霍普金斯大学怀廷工程学院化学和生物分子工程系教授汪超领导的一个小组发现了一种新的方法，可以定量表征工业上广泛用作催化剂的材料中活性位点的原子结构，这为设计更加环保和可持续的能源奠定了基础
他们的结果发表在最新一期的《自然催化》杂志上
“凭借我们工作中积累的知识，我们可以设计更好的催化剂/材料来提高许多化学过程的能量和化学转化效率，例如排放控制和将天然气转化为液体化学原料或燃料，”王说
“最终目标是减少内燃机和废气的排放，以更清洁和绿色的方式使用天然气
" 在这项研究中，王的团队研究了铜交换的沸石，这种沸石经常用于工业过程中，作为经济有效的催化剂，具有很大的前景，可以分解或分解污染的一氧化氮
然而，直到现在，这些材料的结构和它们的行为之间的关系仍然是神秘的
首先，研究人员合成了各种铜交换的沸石，并利用反应吸附，使用光谱来表征沸石的原子结构和吸附性能
然后，他们使用密度函数理论计算来建立吸附分析和催化动力学之间的线性关系
“高性能铜交换沸石分解一氧化氮的秘密在于铜二聚体上一氧化氮分子的细微吸附和压缩
这种现象被观察到是进化的，”王说
在这种铜交换的ZSM-5微孔系统中，如王小组所揭示的，吸附性能和压缩能是控制一氧化氮分解催化性能的关键参数，可由沸石催化剂中二聚位点的数目和平均铜-铜距离来控制
“我们整合了尖端的实验和计算技术，首先量化铜二聚体，测量平均距离，并预测催化性能
二聚催化剂也适用于其他重要的工业反应，如甲烷氧化
我们希望对先进催化材料的设计和发展有所启发，”王实验室的助理研究科学家说，他也是这篇论文的第一作者
接下来，王计划利用这项工作中的发现，开发新技术，在低温下有效去除废气中的氮氧化物
“这将解决汽车冷启动时排放的巨大挑战，”他解释道
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