机动车污染已成为我国空气污染的重要来源。催化材料是机动车尾气后处理系统的核心,2016 年12 月我国发布了《国家第六阶段机动车污染物排放标准》(简称国六标准),对多种污染物的排放有了更严格的标准,贵金属用量需求随之提升。因此,开发新型移动源尾气处理催化剂,实现贵金属的减量化和替代化对解决我国贵金属资源供需矛盾具有重要意义。我们致力于研究的稀土氧化物作为柴油车尾气净化催化剂。相比于简单金属氧化物,这种由多元金属构成的ABmOn结构复合氧化物(A 为稀土或碱土金属离子,B 为过渡金属阳离子)具有氧化金属多面体骨架支撑结构(BO4,BO5,或单位体积内BO6 结构),在氧化还原的反应环境下具有非常稳定的结构特性,前期,我们耦合了密度泛函计算与微反应动力学,发现SmMn2O5(SMO)活性面上Mn4+-Mn4+的二聚体结构额外贡献了低温区基于Eley-Rideal(ER)反应机理的活性,这意味着多元金属氧化物表面可以不依赖于体相氧扩散而提供独立的表面氧分子解离通道[1]。我们已经成功地将SmMn2O5 催化剂运用于柴油车尾气处理中的碳烟消除(DPF)和氨逃逸(ASC)两个催化反应中。在碳烟消除的应用中,针对催化剂和碳烟颗粒之间接触不良的问题,我们设计了具有无序大孔和三维有序大孔结构(3DOM)的SMO 催化剂。结果 表明,3DOM SmMn2O5 的三维有序结构不仅使得碳黑颗粒容易进入催化剂的内部空间,而且还提供了较高的比表面积。具体而言,其T50 约为366℃,比无大孔结构的SMO 纳米颗粒降低了62℃[2,3]。除了催化剂的结构设计,碳烟消除过程中,研究者普遍认为NO2 是一种比O2 更强的氧化剂,增强NO2*的活性和数量可以促进催化剂的消除活性。因此,我们对SMO 进行了K 元素掺杂,得到了KMO修饰的3DOM SMO,通过调节其表面NOx 吸附强度,结果表明,KMO 改性的3DOM-SMO 催化剂具有比纯3DOM-SMO 催化剂更好的催化性能。与此同时,我们探明了NOx 辅助碳颗粒燃烧反应中NOx中间态物种对催化反应的影响规律,实现非贵金属催化剂碳颗粒燃烧性能的大幅提升[4]。