西京网讯：西京学院材料与新能源学院双碳技术研究所冯祥波教授团队日前在国际化工领域顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上发表一项重要研究成，在实现氮氧化物（NO_x）高效净化的同时，大幅降低了催化剂成本，为我国工业烟气治理和固废资源化利用提供了全新路径果。该研究成功开发出一种以燃煤电厂固体废弃物粉煤灰为主要载体的新型高效脱硝催化剂。冯祥波教授为论文第一通讯作者，西京学院为第一完成单位。该期刊为中科院一区TOP期刊，影响因子为12.5。

氮氧化物是严重危害大气环境和人类健康的主要污染物之一，燃煤电厂是其重要来源。目前工业上广泛采用的VWTi催化剂虽具有优异的脱硝性能，但其生产需消耗大量TiO2载体材料，近年来TiO2价格持续上涨，给工业规模化应用带来严峻成本挑战。与此同时，燃煤电厂副产物粉煤灰年产量逐年攀升，综合利用率仍然偏低，大量粉煤灰被堆存废弃，不仅占用耕地，还易造成环境污染。

针对这一困境，冯祥波教授团队创新性地提出以粉煤灰部分替代TiO2作为催化剂载体。研究团队通过将粉煤灰、TiO2与铁粉进行高速球磨混合，再通过浸渍法负载钒和钨活性组分，成功制备出VWTi/CFA-Fe系列催化剂。该催化剂中粉煤灰占比高达64.6%，大幅降低了生产成本。研究结果表明，最优配比催化剂在300至450摄氏度温度范围内氮氧化物转化率保持在90%以上，在500ppm二氧化硫和10%水蒸气同时存在的恶劣工况下转化率仅下降4%，仍维持在90%以上。切断二氧化硫和水蒸气供应后，催化剂活性可在一小时内完全恢复。

VWTi/CFA-Fe催化剂的设计制备与脱硝性能

研究团队通过系统的实验表征与密度泛函理论计算，首次深入揭示了粉煤灰中本征铁与外加铁的协同作用机制。研究发现，外源铁主要以三价铁形式存在，通过电子调控显著增强了催化剂对氨气的吸附能力，使d带中心从-0.25 eV上移至-0.19 eV，NH₃吸附能降至-5.644 eV，实现了自发且稳定的氨气吸附。粉煤灰中的本征铁主要以二价铁形式存在，能有效抑制二氧化硫在催化剂表面的吸附，从而大幅提升抗硫中毒能力。该催化剂制备工艺简单、原料来源广泛、易于规模化放大，在工业烟气脱硝领域具有广阔的应用前景。

理论计算揭示Fe³⁺和Fe²⁺的协同作用机制

近年来，西京学院材料与新能源学院双碳技术研究所紧密围绕国家重大战略需求，坚持基础研究与应用转化并重，持续在环境催化与大气污染控制领域产出高水平成果。冯祥波教授表示，团队未来将继续围绕能源与环境功能材料设计开展攻关，推动污染物治理技术从实验室向产业转化，为我国大气污染治理和新型绿色能源发展提供关键技术支撑。