当前，NOx过量排放引发的酸雨、光化学烟雾等环境问题日益严峻，NH3-SCR技术虽为工业脱硝主流，但传统钒基催化剂受限于低温活性不足、温度窗口狭窄等缺陷，难以满足非电行业复杂烟气工况需求。
针对这一行业痛点，中国科学院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心工业催化课题组在低温氨选择性催化还原（NH3-SCR）脱硝领域取得重要进展。研究团队创新性地利用TiO2纳米管的骨架限域效应，成功构筑了含有原子级分散Mn-O-Nd不对称活性位点的限域型催化剂，为钢铁、陶瓷、水泥等非电行业低温烟气NOx治理提供了全新材料设计范式。
研究团队将Mn和Nd双金属原位限域于TiO2纳米管骨架中，借助纳米管的空间限域效应，不仅有效抑制金属物种团聚，实现原子级均匀分散，更通过Nd的原位掺杂诱导出独特的Mn-O-Nd不对称配位结构。该不对称结构打破了传统高对称配位环境的电荷均布模式，可以精准调控Mn位点周边电子云密度，显著提升高活性Mn4+物种比例。结合球差校正透射电镜（AC-HAADF）、X射线吸收精细结构（XAFS）及小波变换（WT）等先进表征手段，研究团队确证了单分散不对称位点的原子构型，有效克服了常规复合氧化物中金属团聚与界面作用微弱的技术难题。
基于密度泛函理论（DFT）计算与原位漫反射红外光谱（DRIFTS）分析，进一步揭示了Mn-O-Nd位点的微观作用机制，Nd的引入引发d-Mn轨道在费米能级附近的电子态重构，显著优化其与NH3和NO分子p轨道的能量匹配，从而大幅促进反应分子的吸附与活化。具体而言，该位点加速了NH3向-NH2活性物种的转化及NO向NO2的氧化，有力驱动“快速SCR”反应路径。在抗硫性能方面，原子级分散的Nd物种增加表面Lewis酸性位，抑制SO2在活性中心的吸附；同时，Mn-O-Nd-O-Ti结构单元增强金属间电子转移，有效阻断SO2与Mn位点的直接电子耦合，从根源上抑制硫酸盐沉积，缓解催化剂不可逆中毒。
相关研究成果以“Engineering Atomic Monodispersed Mn-O-Nd Asymmetric Sites in TiO2 Nanotubes for Low Temperature NH3-SCR With Exceptional Resistance”为题，发表于Advanced Functional Materials（2026, 0: e77352, https://doi.org/10.1002/adfm.77352）上。兰州化物所为该论文第一完成单位，兰州化物所博士研究生赵甜为论文第一作者，山东科技大学冯超副教授和兰州化物所唐志诚研究员为共同通讯作者。
上述研究为设计兼具高活性和超强抗中毒性能的低温脱硝催化剂开辟了新路径，对推动非电行业烟气深度治理具有重要科学意义与应用价值。
该工作获得中国科学院“西部之光-西部交叉团队”专项、甘肃省重点研发计划及甘肃省自然科学基金等项目联合资助。
MnNd-TNTs催化剂中Mn-O-Nd位点上NH3-SCR反应路径及SO2耐受机制示意图
