第一作者：李国波 博士通讯作者：彭洪根 教授通讯单位：南昌大学资源与环境学院
研究背景：宽温域脱硝的“跷跷板”困境
氮氧化物（NOₓ）是雾霾和近地面臭氧的重要前体物，氨选择性催化还原（NH₃-SCR）是目前应用最广泛的固定源脱硝技术。然而，传统商用催化剂如V₂O₅-WO₃/TiO₂面临着一个根本性的性能瓶颈：操作温度窗口过窄。
这一瓶颈源于一对难以调和的矛盾。NH₃-SCR反应需要催化剂同时完成两项任务——吸附并储存NH₃（需要酸性位点），以及活化反应分子完成氧化还原过程（需要氧化还原中心）。这两者之间存在类似跷跷板的关系：酸性过强会抑制氧化还原活性，氧化能力过强又会导致NH₃在高温下被过度氧化为NOₓ，反而增加排放。传统氧化物催化剂在这两者之间长期处于“顾此失彼”的窘境。
在钢铁烧结、水泥窑炉等非电力行业，烟气温度波动剧烈——从200 °C到500 °C以上的区间变化并不罕见。传统催化剂的窄温窗特征使其在低温时活性不足，在高温时又因NH₃过氧化而失效，严重制约了NH₃-SCR技术在这些行业的推广应用。
核心策略：让“储氨”和“反应”各司其职
彭洪根教授团队的核心思路，是用空间分工来打破性能跷跷板：将NH₃的储存功能和氧化还原功能分配给两种不同的材料，各自由最擅长的组分承担。
研究团队构建了一种“氧化物-分子筛”（OXZEO）耦合催化剂。在这一设计中：
- 分子筛的孤立质子酸位点（B酸，≡Si–O(H)–Al≡） 充当“NH₃储库”。这些位点对NH₃具有强亲和力，能以NH₄⁺形式将氨分子捕获并稳定储存，且在高温下不易释放失控。
- 复合金属氧化物担任氧化还原活性中心，负责活化NOₓ并催化还原反应。
- 反应过程中，储存在分子筛中的NH₃以NH₃分子和NH₄⁺两种形式缓慢释放并迁移至氧化物表面参与反应。其中，NH₄⁺在高温环境下远较NH₃分子难以被氧化，从而从根本上抑制了高温段的NH₃过氧化副反应。
这一“存储-迁移-反应”的模式，将传统催化剂中纠缠在一起的酸性和氧化还原功能在空间上解耦，让二者“各司其职、协同增效”。
机制解析：NH₄⁺如何成为高温段的“保护伞”
研究团队通过原位红外光谱、同位素标记-质谱联用、从头算分子动力学模拟及密度泛函理论计算，系统揭示了B酸位点介导的NH₃“存储-迁移”机制。
关键发现是：NH₃在分子筛中以NH₄⁺形式固定于B酸位点后，其在高温下的释放和迁移行为与游离态NH₃存在本质差异。 低温段，NH₃主要以分子形式脱附并迁移；而在高温段，部分NH₃以NH₄⁺形态直接穿梭至氧化物活性中心。由于NH₄⁺的N–H键断裂需要更高的活化能，它在到达氧化还原位点后不会立即被过度氧化为NO，而是按需参与SCR反应。
以CeSnOₓ/Beta为模型催化剂的测试结果显示，NOₓ转化率>80%的温度窗口从纯CeSnOₓ的320–500 °C大幅拓宽至280–600 °C——活性温窗跨度超过300 °C，且N₂选择性保持在99%以上。这一结果意味着，无论是在钢铁烧结烟气的中低温段（~250–350 °C）还是水泥窑尾气的高温段（~400–550 °C），同一催化剂均可保持高效稳定运行。
普适性验证：不止一种分子筛，不止一种氧化物
一项催化剂设计策略是否有生命力，取决于它能否跳出“一例一用”的特例范畴。
研究团队将该OXZEO设计原则推广至多种分子筛拓扑结构（BEA、CHA、MFI、FAU）及不同金属氧化物体系（Ce基、Mn基），所构建的催化剂均表现出显著拓宽的脱硝温度窗口。这一通用性说明，“质子酸位点储氨+氧化物活化反应”的分工逻辑具有跨材料体系的适用性，为宽温窗NH₃-SCR催化剂的理性设计确立了一条可复制、可推广的技术路线。
工程意义与展望
本研究为工业烟气脱硝提供了一条清晰的催化剂设计新范式。其核心价值在于，通过材料层面的功能解耦解决了一个困扰领域多年的“跷跷板”矛盾，且策略具有明确的普适性。对于我国钢铁、水泥等排放基数大、烟气工况复杂的非电行业，这一进展为开发适应性强、运行窗口宽的脱硝催化剂提供了理论指导与实验基础。
作者信息
李国波（第一作者）：博士，南昌大学资源与环境学院。
彭洪根（通讯作者）：教授，国家级青年人才，南昌大学资源与环境学院副院长、国家重点研发计划（青年）项目首席科学家。课题组长期致力于大气污染治理与温室气体资源化研究，聚焦NOₓ和VOCs的催化净化与资源化。
论文链接：Zeolitic Isolated Protonic Acid Sites-Mediated NH₃ Storage for Robust NOₓ Removal. Nature Communications, 2026.https://www.nature.com/articles/s41467-026-75294-0
