网络首发||朱廷钰研究员团队：贵金属负载催化剂用于CO氧化研究进展

创新点

钢铁烧结烟气中CO的过度排放对地区空气质量和人体健康构成了严重的威胁。贵金属负载催化剂因其催化效率高、耐水抗硫性能好，在烟气CO催化净化领域具有较大的应用潜力。本文归纳了不同贵金属催化剂在CO催化氧化方面的研究现状，并分析了烟气中常见组分H₂O和SO₂对催化剂的影响。随后，总结了贵金属负载催化剂上的CO反应机理。最后，展望了贵金属负载催化剂催化氧化CO方面的未来研究方向，以期为开发适用于烧结烟气的CO贵金属负载催化剂的优化设计提供指导。

通讯作者简介

朱廷钰研究员

朱廷钰，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师。长期从事工业烟气污染控制协同碳减排方向研究，先后主持863计划课题、863计划主题项目、国家重点研发计划项目，以及国家自然科学基金重点项目等科研项目40余项，发展了循环流化床半干法多污染物控制技术、活性炭一体化脱硫脱硝技术、烟气选择性循环节能减排技术等，已完成百余台套工程应用，取得显著环境、经济和社会效益。主持研发的钢铁行业超低排放核心技术、钢铁行业减污降碳协同控制关键技术两项成果分别入选2019年度和2022年度“中国生态环境十大科技进展”。相关研究成果在Environmental Science & Technology、Applied Catalysis B、Chemical Engineering Journal等期刊上发表SCI论文200余篇；编写中英文专著8部；获授权国际发明专利20余件、中国发明专利100余项（均排名第一）；主持编制国家标准2项、团体标准3项。以第一完成人获国家科学技术进步奖二等奖1项、环境保护科学技术奖一等奖2项、环境技术进步一等奖1项、中国专利优秀奖3项等省部级奖项10余项。

刘霄龙研究员

刘霄龙，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师，国家自然科学基金优青获得者。2008年本科毕业于同济大学，2013年博士毕业于浙江大学，同年进入中国科学院过程工程研究所工作至今。主要从事钢铁行业短流程电炉烟气减污降碳、多污染物催化净化、低能耗污染治理等技术研发与产业化应用。主持了国家科技重大专项课题、国家自然科学基金项目、中国科学院战略先导专项课题、企业产业化项目等10余项。在Nature Communications、Applied Catalysis B、ACS Catalysis等期刊发表SCI论文50余篇，主编专著2部。授权发明专利20余项，其中美国/欧洲/日本国际专利3项。曾获2020年国家科学技术进步奖二等奖、2021年环境保护科学技术奖一等奖、2022年教育部技术发明一等奖等奖项。2020年获中国环境科学学会“青年科学家奖”。

第一作者简介

邹洋博士研究生

邹洋，中国科学院过程工程研究所博士研究生，指导老师为朱廷钰研究员和刘霄龙研究员，曾获所长优秀奖学金等荣誉。主要从事钢铁烧结烟气CO催化氧化和臭氧氧化脱硝的研究工作，在ACS Catalysis、Environmental Science and Pollution Research和New Jounal of Chemistry等国际期刊发表学术论文10余篇，申请国家和国际发明专利14项，其中授权国内发明专利5项，国际专利1项。先后参与了国家重点研发计划项目、国家重点研发计划、国家自然科学面上基金项目和国家自然科学基金青年等项目。

贵金属负载催化剂用于CO氧化研究进展

作者

邹洋^1,2，刘霄龙^1,*，朱廷钰^1,*

单位

1. 中国科学院过程工程研究所

2. 中国科学院大学

基金项目

国家自然科学基金资助项目（52170118）

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摘要

钢铁烧结烟气中一氧化碳（CO）的过度排放对地区空气质量和人体健康构成了严重的威胁。贵金属负载催化剂因其催化效率高、耐水抗硫性能好，在CO催化净化中受到了广泛的关注。然而，贵金属的稀缺性和昂贵价格以及复杂的烟气组分，限制了其在工业烟气治理领域的应用。因此，基于CO氧化的相关研究来指导降低贵金属负载量和提高催化剂抗中毒性能尤为重要。在现有文献的基础上，首先分析了典型贵金属负载催化剂在CO催化氧化领域的应用情况。其次，探究了制备方法、贵金属分布状态以及配位环境等物化性质，以及H₂O和SO₂对CO催化性能的影响。随后，总结了贵金属负载催化剂上的CO反应机理。最后，展望了贵金属负载催化剂催化氧化CO方面的未来研究方向，以期为开发适用于烧结烟气的CO贵金属负载催化剂的优化设计提供指导。

研究背景

CO过度排放对空气质量和居民身体健康构成了严重的威胁，其人为排放主要来源为居民燃煤、机动车尾气和工业烟气。随着煤改气政策的实施和新能源汽车行业的发展，工业烟气成为了CO排放的主要来源。工业排放源中，钢铁行业是主要的CO排放源。2023年，中国粗钢产量为10.29亿t，占比超过50%，高居世界第一。随着钢铁产业迅速发展、产能扩大，燃烧效率低、燃煤用量大、烟气处理装置配置较少等问题导致了CO的大量排放。因此，开展钢铁行业烟气CO高效净化技术迫在眉睫。

钢铁行业中，烧结工序CO排放占比最大，CO治理技术主要针对烧结烟气展开研究。根据治理阶段，CO治理技术可分为源头治理、过程控制和末端治理。近几年来，CO源头治理和过程控制技术已经被工程化应用，但减排空间有限，不能满足当前的排放要求。因此，末端治理技术被认为是实现CO深度净化的关键技术。其中，CO催化氧化技术被认为是最适用于工业烟气的净化技术。该技术的关键在于催化剂。CO催化剂可分为过渡金属负载催化剂和贵金属负载催化剂。过渡金属负载催化剂主要包括Cu基、Co基、Fe基和Mn基催化剂。虽然过渡金属负载催化剂成本低廉，并拥有良好的低温活性，但烟气中的SO₂等物质对催化剂有严重的毒害作用，难以在复杂的烟气环境中应用。贵金属负载催化剂因其优异的催化氧化性能受到广泛的关注，其主要有Au基、Pd基、Ru基、Pt基、Ir基催化剂。然而，贵金属的稀缺性和昂贵价格限制了贵金属负载催化剂在工业烟气治理领域的应用。因此，基于CO氧化的相关研究来指导降低贵金属负载量和提高催化剂抗中毒性能具有十分重要的意义。

本文整理和分析了贵金属负载催化剂对CO催化氧化的相关研究，揭示了制备方法、贵金属分布状态以及配位环境等物化性质对CO催化剂性能的影响机制，总结了贵金属负载催化剂上的CO反应机理，以期为研发适用于烧结烟气CO净化的贵金属低负载催化剂的优化设计提供指导。

部分图表

图1 (a) H₂O和SO₂对Pt/1TiO₂-3ZrO₂的影响机理，不同催化剂(b)活性评价和(c)稳定性评估^[32]

图2 (a) 0.6%Au/YPO₄-prisms和(b)0.6%Au/YPO₄-rods的TEM图像，(c~d)在不同的Au负载量和煅烧温度下的CO转化曲线^[49]

图3 在Pt(221)和Pt(221)/7H₂O上(a)OCOO氧化途径和(b)CO+OH氧化途径的能量分布^[63]

引文格式

邹洋, 刘霄龙, 朱廷钰. 贵金属负载催化剂用于CO氧化研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-12[2025-03-07]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250301.

ZOU Yang, LIU Xiaolong, ZHU Tingyu. Research Progress on CO Oxidation with Supported Noble Metal Catalysts[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-12[2025-03-07]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20250301.

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期刊简介

《能源环境保护》创刊于1987年，双月刊，ISSN 2097-4183/CN 33-1264/X，是由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团杭州研究院有限公司主办的环境类学术期刊。主编由中国工程院高翔院士担任。主要刊载与能源环境保护有关的基础科学、技术科学及其交叉学科领域的学术论文。已被瑞典开放存取期刊目录（Directory of Open Access Journal，DOAJ）、美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ，VINITI）、美国《乌利希期刊指南》（Ulrichweb）、欧洲学术出版中心（EuroPub）等数据库收录，连续6年入选《煤炭领域高质量科技期刊目录》T2级。在“双碳”目标下，将进一步聚焦学术前沿、荟萃科学发现、追踪最新动态、汇集最佳成果，推进降碳、减污、绿色低碳发展。

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编辑｜姚情璐

审核｜金丽丽

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