主要观点总结
本文研究了水在MnO2催化剂上的作用机制，通过蒸汽处理γ-MnO2以激发H2O中质子驱动活化γ-MnO2表面晶格氧的策略，提高了γ-MnO2的低温脱硝活性和抗水性。研究表明，H2O解离出的H质子自发向表面晶格氧扩散，促使O原子质子化，并与周围Mn原子之间的轨道重叠减少，从而削弱Mn-O键、活化表面晶格氧。这一策略在其他氧化物脱硝性能提升方面具有一定的普适性。这项工作为设计和开发低温NH3-SCR催化剂提供了新的见解。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
通常认为水汽的存在会对多相催化反应产生毒化作用，尽管有研究表明水汽可以提升一些过渡金属氧化物在污染物催化消除反应中的活性，但机理仍不明确。
关键观点2: 主要研究内容
本研究通过构建γ-MnO2和经蒸汽处理的γ-MnO2（Mn-H）作为模型催化剂，详细考察了H2O对锰氧化物催化材料NH3-SCR活性的影响，揭示了催化反应中水的质子驱动表面晶格氧活化的具体过程。
关键观点3: 研究结果
研究发现，蒸汽处理后，Mn-H在100oC时的催化性能显著提高，NO转化率从51%上升至约90%。此外，Mn-H还表现出非常优越的抗H2O性能。结构表征表明，经蒸汽处理的Mn-H样品保持了原有结构，然而由于晶格畸变产生了更多的缺陷，结晶度降低。进一步对其表面元素化学态分析，发现水蒸汽诱导Mn物种的平均价态升高，Mn原子周围的电子云密度降低。
关键观点4: 活化机制
DFT计算进一步探索了水作用的机制，表明H2O分子解离成质子和羟基，质子自发地扩散通过氧化物晶格，并自由迁移到表面晶格氧附近，使其质子化。质子化的O原子和相邻Mn原子之间轨道重叠减少，抑制了从O 2p到Mn 3d空轨道的电子转移，从而驱动了晶格氧的活化过程。
关键观点5: 结论与意义
本研究阐明了H2O在反应中从抑制到促进转变的内在机制，为设计和开发低温NH3-SCR催化剂提供了新的见解。该策略在其他氧化物脱硝性能提升方面具有一定的普适性。
文章预览
第一作者：安冬琦（南京大学、中石化（北京）化工研究院有限公司） 通讯作者：孙敬方
高级工程师（南京大学）、邹伟欣 副教授（南京大学）、孙传智 教授（山东师范大学） 论文DOI: 10.1021/acs.est.4c06313 成果简介 近日，南京大学董林课题组在Environmental Science & Technology上发表了题为“Water-driven surface lattice oxygen activation in MnO 2 for promoted low-temperature NH 3 -SCR”的研究论文（DOI:
10.1021/acs.est.4c06313）。该工作提出蒸汽处理γ-MnO 2 （Mn-H）以激发H 2 O中质子驱动活化γ-MnO 2 表面晶格氧的策略，促使γ-MnO 2 的低温脱硝活性和抗水性的显著提升。Raman、XPS以及DFT计算表明，H 2 O解离出的H质子自发向表面晶格氧扩散，促使O原子质子化，并与周围Mn原子之间的轨道重叠减少，从而削弱Mn-O键、活化表面晶格氧。EPR进一步证明，表面晶格氧活化有利于氧空位的产生，
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