一步浸渍法——一种不改变Br？nsted酸量的过渡金属离子引入法

　　硫酸化的金属氧化物具有丰富的Brönsted和Lewis酸性位点，是一种理想的酸性载体或固体酸催化剂，广泛用于有机合成、异构化反应及NO_x的催化净化。硫酸化的二氧化锆较其它硫酸化的氧化物具有更强的酸性位点而受到研究者的更广泛关注。为了进一步提高硫酸化的二氧化锆的性能，常常以浸渍法引入活性组分过渡金属阳离子。由于金属阳离子(Co和Pd)会选择性地占据Brönsted酸性位点，这种先硫酸化再引入过渡金属离子的两步浸渍法不可避免地伴随着酸性位点的损耗，由此会大幅度削弱固体酸材料中酸性位点在锚定与分散以贵金属为代表的第二催化活性组分中的重要作用，从而降低其催化反应性能。因此，发展一种不减少酸性位点的过渡金属离子引入法具有重要意义。中国科学院生态环境研究中心的环境催化与非均相大气化学研究组提出了以一步浸渍法代替传统的两步浸渍法，成功地将的Co引入到二氧化锆中，同时避免了酸性位点的消耗，相关的工作发表在2011年4月25日的《Journal of Catalysis》上。

　　图1 （a）：不同S载入方法下SZ和SZC中Zr的K边XANES谱；（b）：与（a）图中对应的R空间的EXAFS信号（k加权三次）。

　　该课题组采用硫酸化Zr-Co氢氧化物的方法以实现Co物种的引入与酸性位点的提升，所制备的催化剂较传统的先硫酸化再浸渍引入Co物种方法所制备的样品拥有丰富的Brönsted酸性位点。这些酸性位点的大量存在实现了第二活性组分Pd的锚定与高度分散，以此制备的Pd负载的硫酸化锆钴催化剂在甲烷选择性催化还原NOx反应中表现出优异的活性与稳定性。

　　通过北京同步辐射装置1W1B-XAFS实验站的XAFS表征方法，首次证明了Co物种进入到立方相ZrO₂晶格形成同晶取代型固溶体，为ZrO₂固溶体（Ca、Ga、Fe、Gd、Y，Ge、Ce和Nb）系列增加了新的一员。　　

　　图2 不同方法下将Co引入二氧化锆中可能的机理

　　作为一种氧化物酸性位扩充与金属离子引入的简单而新颖的方法，一步浸渍法为固体酸催化剂的设计及其他过渡金属组分（Fe、Ni、Mn、Cu等）的引入提供了新的思路与指导。

　　发表文章：

　　Xiangjie Wang, Huayu Wang, Yongchun Liu, Fudong Liu, Yunbo Yu*, Hong He*, A direct sulphation method for introducing transition metal cation Co2+ into ZrO2 with little change of the Brönsted acid sites, Journal of Catalysis, 2011,279,301–309.