当今中国环境污染日益严重,其中的NOx是引起雾霾的一种很重要的污染物。工业上NOx脱除的技术主要是SCR（Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原法）和SCO（Selective Catalytic Oxidation,选择性催化氧化法）。由于单独的NO在参加SCR反应的时候效率不如NO和NO2按一定比例参加反应时的高,所以发展出了快速SCR技术。不论快速SCR还是SCO,将NO催化氧化为NO2的技术均占有重要的地位。而目前,对NO催化氧化的研究以实验为主,机理还不是很清楚。所以,基于NO的催化氧化在脱硝领域的重要作用,本文对其催化机理进行了详细地研究。首先,本文采用量子化学密度泛函理论对NO的直接氧化反应进行了计算研究,分析了优化方法与基组对计算所带来的影响,并以此作为与催化氧化反应对比的参照。之后,采用UB3LYP//SDD方法优化得到负载在分子筛ZSM-5不同原子附着位点（Si、Al、Ce）上的以Mn、Co为代表的过渡金属催化氧化NO相关反应的反应物、过渡态、中间体及产物,分析得到反应进程,并计算获得了反应的活化能。最后,通过分析总结,对反应机理进行了探究。计算表明:使用UB3LYP//SDD方法计算优化的情况下,Mn-ZSM5或Co-ZSM5催化剂的存在下NO氧化的活化能在40-80kJ/mol左右,而NO直接氧化的活化能在130kJ/mol以上,所以,Mn-ZSM5和Co-ZSM5具有明显的催化效果;催化剂的附着中心原子不同,活化能也有差异,其中以Ce和Al为附着位点的ZSM-5催化反应时的活化能在40kJ/mol左右,而以Si为附着位点的ZSM-5催化反应的活化能要高于70kJ/mol,可知,掺杂了Ce、Al氧化物的催化剂的催化活性更好;通过计算得出Mn-ZSM5与Co-ZSM5的催化活性相差不大,总体上比Mn-ZSM5稍好一些。与前人研究的实验结果比较后推断,温度、气体空速和载体等一系列因素都会对催化效果产生影响,所以,进行比较还需考虑更多因素。本文的量子化学计算揭示了Mn-ZSM5及Co-ZSM5对NO氧化的催化反应机理,为过渡态金属催化氧化NO的进一步研究提供了理论参考。同时,指出Ce、Al氧化物的掺杂对催化反应具有促进的效果,验证了实验研究的结论。最后,Mn-ZSM5与Co-ZSM5催化活性的比较可以为以后对反应引入更多因素的研究提供了参考。
