W czasopiśmie Applied Catalysis B: Environmental opublikowany został artykuł naukowy autorstwa członków Zespołu Katalizy i Fizykochemii Ciała Stałego: dr Moniki Fedyny, Bartosza Mozgawy, profesora Filipa Zasady, profesor Kingi Góry-Marek, dr Joanny Gryboś, profesora Witolda Piskorza, profesora Piotra Pietrzyka i profesora Zbigniewa Sojki. Publikacja zatytułowana „Mechanistic stages of the SCR reaction - insights into the trade-off between NO reduction and NH₃ oxidation over CuSSZ-13 catalysts via isotopic ¹⁵NH₃ and ¹⁸O₂ TPSR and steady state studies supported by IR 2D COS and DFT modeling” została przygotowana we współpracy z naukowcami z Shenyang Normal University z Chin w ramach wspólnego projektu współfinasowanego przez NCBR.

Praca poświęcona jest badaniu mechanizmu reakcji usuwania NO na drodze selektywnej katalitycznej redukcji (selective catalytic reduction, SCR) przy udziale NH₃ na katalizatorze chabazytowym (zeolit) Cu-SSZ-13. W pracy wykorzystano zarówno wyniki uzyskane za pomocą różnych technik spektroskopowych (IR, EPR, korelacyjnej spektroskopii IR w metodzie Rapid Scan), testy katalityczne ze znakowanymi izotopowo reagentami (¹⁵NH₃ i ¹⁸O₂) prowadzone w trybie stacjonarnym i zmiennym temperaturowo-programowanym, a także modelowanie kwantowo-chemiczne metodami DFT i obliczenia termodynamiczne. Katalizatory Cu-SSZ-13, w których centra aktywne wprowadzono metodą impregnacji lub w trakcie syntezy zeolitu (technika one-pot synthesis) scharakteryzowano za pomocą metod XRD, HR-SEM, TEM/EDX oraz EPR.

W pracy w sposób ilościowy pokazano przebieg konkurencyjnych procesów SCR i wewnętrznego utleniania amoniaku (i-AMO) za pomocą rejestracji profili stężeniowych produktów reakcji, odpowiednio ¹⁴N¹⁵N i ¹⁵N₂. Pokazano, że powyżej ok. 200 ^oC reakcji SCR towarzyszy nieodłącznie proces i-AMO, w którym uczestniczą centra typu Cu²⁺-O^2--Cu²⁺ i Cu²⁺. Ponieważ próbki impregnowane charakteryzowały się obecnością nanocząstek CuO, możliwe było ustalenie, że tego typu składniki katalizatora Cu-SSZ-13 odpowiedzialne są za wysokotemperaturowe, zewnętrzne utlenianie amoniaku (e-AMO), dla którego kluczowym reagentem są powierzchniowe grupy O₂^2–. Tym samym wyróżniono trzy obszary temperaturowe procesów SCR/AMO, które odpowiadają warunkom z nadmiarem amoniaku, niedomiarem i bez obecności amoniaku.

W celu konceptualizacji reakcji SCR/AMO, skonstruowano diagram stechiometrii, stanu utlenienia i zgodności ładunku, na którym reagenty NO i NH₃ oraz produkty przejściowe są uporządkowane w funkcji ich stopnia utlenienia i stosunku molowego O/H(N). Taki diagram ujawnia główne wymagania dotyczące stechiometrii i zmian redoks pomiędzy reagentami oraz główne sposoby ich regulacji (poprzez eliminację redukcyjną grup OH^–, reakcję elektroprotyczną H⁺/e^– lub transfer H⁺) dla prostego przebiegu procesu SCR/AMO.

Autorom serdecznie gratulujemy!

 

Zgodnie z wykazem czasopism naukowych Ministerstwa Edukacji i Nauki liczba punktów przypisana czasopismu Applied Catalysis B: Environmental wynosi 200 (Impact Factor czasopisma to 24,319).

Applied Catalysis B: Environmental 325 (2023) 122309