中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在V2O5-WO3/TiO2催化剂氨选择性催化还原（NH3-SCR）反应机理研究方面取得新进展，相关研究成果以“Unexpected redox role of WO3 in V2O5-WO3/TiO2 catalysts for selective reduction of NO by forming V-W dinuclear sites”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition（2025,e202501957）期刊上。
催化剂通常由主催化剂、助催化剂和载体组成，助催化剂本身几乎没有活性，但与主催化剂共同作用，可显著提高催化剂的活性、选择性和稳定性等性能。V2O5-WO3/TiO2（V-W/TiO2）催化剂是一种典型的三元催化剂，自20世纪70年代以来广泛应用于NH3-SCR去除氮氧化物（NOx）中。现有研究普遍认为，WO3助剂主要通过增强V基催化剂的表面酸性和调控V2O5结构提高催化剂活性，而NH3-SCR反应的氧化还原循环都发生在V2O5物种上，WO3助剂不直接参与氧化还原过程。
图1. （a）催化剂的H2-TPR。（b）V-W/TiO2和W/TiO2结构中W的PDOS。（c）0.5V-2.5W/TiO2催化剂在不同气氛下的拉曼结果。（d-f）0.5V-2.5W/TiO2催化剂在He、NH3和NH3+NO+O2气氛下的EXAFS小波变换图。（
1和N1分别表示W与第一配位层中O原子间的平均原子间距和W-O配位数）。
研究团队通过球差电镜、原位X射线谱吸收精细结构（XAFS）、原位拉曼（Raman）光谱等实验结合第一性原理计算发现，V-W/TiO2催化剂表面原子级分散且与V形成V-W双核位点的W=O物种表现出很高的氧化还原活性，可直接参与对NH3的摘氢活化过程，在SCR反应中发挥氧化还原作用。具体反应过程为：W位点对吸附态的NH3摘氢活化生成W-OH基团，活化后的NH3（即-NH2）与NO反应生成NH2NO，在此过程中，W=O转化为W-OH，导致W-O原子间距的增大。随后，生成的相邻V-OH和W-OH基团之间可通过H转移反应，复原W=O基团。这项研究深化了对助催化剂作用机理的理解，同时为高效钒基催化剂的设计与开发提供了新的理论依据和研究思路。
图2. V-W/TiO2催化剂中WO3助剂在NH3-SCR反应中的氧化还原作用机理。
中国科学院生态环境研究中心何广智研究员和贺泓院士为论文通讯作者，生态环境研究中心博士研究生李卓灿为论文第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划（2023YFC3707303）、国家自然科学基金（22276202，22188102）和中国科学院青年创新促进会优秀会员项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202501957
大气环境与污染控制实验室