mn-mof-74催化低温nh3-scr过程的dft研究

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1、Mn-MOF-74催化低温NH3-SCR过程的DFT研究ADFTStudyonMn-MOF-74CatalyzedLow-temperatureSCRProcess学科专业：化学工艺作者姓名：黄学伟指导教师：张敏华教授天津大学化工学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意

2、。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要氮氧化物（NOx）是大气中的主要污染物之一，严重威胁了人类健康和生态环境。在各种烟气NOx脱除方法中，以NH3为还原剂的选择性催化还原（Selective

3、CatalyticReduction，SCR）技术是最为有效的方法。低温SCR（反应温度低于250℃）克服了现有高温SCR方法脱硝效率低、催化剂易失活等缺点，已成为新的研究热点。金属有机骨架材料（MetalOrganicFrameworks,MOFs）具有孔道结构规整、表面积大等诸多优点。含不饱和金属配位的MOFs材料具有完全暴露的金属位，体现出良好的Lewis酸位的性质，在催化领域逐渐引起了广泛关注。本课题组前期工作表明，Mn-MOF-74具有优异的低温NH3-SCR催化性能，快速SCR过程的存在是实现良好低温脱硝效果的重要原因。为了进一步了解Mn-MOF-74

4、在NH3-SCR反应中的催化作用机理，本文利用DFT方法对Mn-MOF-74上快速SCR过程的关键步骤进行了探索性研究。对Mn-MOF-74上快速SCR反应过程中NO氧化为NO2的反应途径进行了计算，该过程能垒为0.34eV，反应较易进行，从而为快速SCR过程提供了反应物种。研究了快速SCR反应过程中关键物种的吸附性质。结果表明，这些分子均可在Mn-MOF-74的金属位上化学吸附并被活化，其吸附能力自大至小依次为：NH3＞NO2＞NO＞O2，在金属位上吸附态的NH3与气相NOx反应，遵循E-R机理。计算了Mn-MOF-74的两种氧空位，即羧基氧空位和羟基氧空位的结

5、构特点及其对反应物种的吸附性质。结果发现氧空位不仅可以充分活化反应物种，而且能促进NO2分子从金属位上脱附，进行后续的快速SCR反应。研究了H2O的存在对于Mn-MOF-74的结构稳定性和催化性能的影响。研究发现，H2O分子会削弱Mn-MOF-74骨架中Mn-O键的相互作用，进而影响Mn-MOF-74的结构。另外，发现H2O分子与NH3分子会发生竞争吸附，削弱Mn-MOF-74的脱硝性能。因此，未来用于SCR过程的MOFs催化剂的实验设计应对H2O的影响进行考虑。关键词：NH3-SCR，Mn-MOF-74，NO氧化反应，氧空位，H2OI万方数据II万方数据ABST

6、RACTAsoneofthemainairpollutants,nitrogenoxides(NOx)haveposedathreattohumanhealthandtheenvironment.AmongthevariousdeNOxmethods,theselectivecatalyticreduction(SCR)usingNH3asreducingagent,isthemosteffective.High-temperatureSCRhasmanydisadvantages,suchaslowdeNOxefficiencyandhighchanceofca

7、talystdeactivation.Incomparison,low-temperatureSCRovercomestheabove-mentionedshortcomingsandhasbecomethehotspotinSCRresearchfield.Metalorganicframeworks(MOFs)havemanyuniqueproperties,suchastunablecompositionandstructure,largespecificsurfaceareas,etc.Inaddition,coordinativelyunsaturate

8、dMOFs