钾催化剂用于柴油车碳烟颗粒物净化：活性与稳定性的平衡

　　柴油车排放的碳烟（黑炭）对环境和人类健康造成了极大的危害，是灰霾的主要元凶之一。催化后处理是最有效的净化方法之一，其中碱金属（尤其是钾）材料呈现出了优异的催化碳烟燃烧活性，可取代目前商业化的贵金属催化剂。然而，钾催化剂的一大缺点是其抗水稳定性较差。济南大学化学化工学院的一个研究组将K负载型氧化物（K/Al2O3和K/TiO2）用于催化碳烟燃烧，并对其活性与稳定性进行了深入的研究，针对两者此消彼长的关系，提出了一种平衡两者的策略，相关的研究成果发表在2016年的《Catalysis Today》上。 

　　该研究组发现K/Al2O3中含有两种K物种：分散的K+--O-CO2物种（自由K物种）和K2Al2O4物种（K+进入Al2O3中），而对于K/TiO2，所有负载的K进入了TiO2的晶格形成了K2Ti6O13。K/Al2O3呈现出了较高的催化碳烟燃烧活性，相比较而言，K/TiO2几乎没有催化活性，证实反应的活性物种为自由K物种。但是经过水洗处理后，K/Al2O3中自由K物种的损失使其催化碳烟燃烧活性大幅下降，导致其差的抗水稳定性。为了使活性和稳定性达到一定的平衡，提出将活性K物种限域在催化剂的孔道结构中，比如隧道型隐钾锰矿，这种隧道结构可以保护自由K物种免受水洗失活，从而为含K催化剂在碳烟消除中的实际应用开辟了一条新道路。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4B7A-中能实验站获得的K/Al2O3,K/TiO2和K2CO3的K的K边的归一化吸收谱图。对于K/Al2O3，吸收峰的位置与K2CO3的相近，表明在K/Al2O3中存在K的碳酸盐物种，除此以外，在3616eV处出现了一个新峰，表明K的配位状态受到了Al的影响，结合XRD结果，将其归因于K2Al2O4的生成。而对于K/TiO2，呈现出了与K2CO3完全不同的EXAFS吸收峰，3612 eV处的峰向高能方向移动，而3619 eV处的峰向低能方向移动，表明在K/TiO2中，形成了一种新的K的相，根据XRD结果，新相为K2Ti6O13。 

　　这个研究弄清了碳烟燃烧反应中碱金属催化剂的活性与稳定性之间的关系，并提供了一种平衡活性与稳定性的策略。在这项研究工作中，同步辐射光源帮助该研究组弄清了K负载在不同电负性的氧化物上造成的K物种的变化。济南大学化学化工学院教授、该研究组组长张昭良教授这样描述他们的工作：“为了获得活性与稳定性兼具的碱金属催化剂用于催化碳烟燃烧，可以将K+引入孔道结构中进行有效地限域和保护，而孔道型结构中K+的存在形式需要进一步进行解析，以便建立K的物相与其催化性能的构效关系。更多的同步辐射研究必定会有助于在更小的尺度上解析隧道中K的存在状态及结构”。

　　发表文章： 

　　Qian Li, Xiao Wang, Hui Chen, Ying Xin, Guangkai Tian, Chenxi Lu, Zhaoliang Zhang*, Lirong Zheng, Lei Zheng, K-supported catalysts for diesel soot combustion: Making a balance between activity and stability. Catalysis Today 264 (2016), 171–179.