A consistent reaction scheme for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 5, 2015, Pages 2832-2845

  Janssens, Ton V W ^a   Falsig, Hanne ^a   Lundegaard, Lars F ^a   Vennestrøm, Peter N R ^a   Rasmussen, Søren B ^a   Moses, Poul Georg ^a   Giordanino, Filippo ^b   Borfecchia, Elisa ^b   Lomachenko, Kirill A ^b,c   Lamberti, Carlo ^b,c   Bordiga, Silvia ^a   Godiksen, Anita ^d   Mossin, Susanne ^d   Beato, Pablo ^a  

^a HALDOR TOPSØE A S   (Denmark)

^b UNIVERSITY OF TURIN   (Italy)

^c SOUTHERN FEDERAL UNIVERSITY   (Russian Federation)

^d TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK   (Denmark)

Author keywords

Cu CHA; DFT; EPR; EXAFS; fast SCR; FTIR; mechanism; NO oxidation; rate determining step; SCR; XANES

Indexed keywords

ACTIVATION ENERGY; CATALYSTS; CATALYTIC OXIDATION; CHEMICAL ACTIVATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DIMERS; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; MAGNETIC RESONANCE; MECHANISMS; MOLECULES; NITRATES; NITROGEN OXIDES; OXIDATION; PARAMAGNETIC RESONANCE; REACTION INTERMEDIATES; REDUCTION; THYRISTORS; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY;

DFT; EXAFS; FAST SCR; FTIR; NO OXIDATION; RATE DETERMINING STEP; XANES;

SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION;

EID: 84928974886     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs501673g     Document Type: Article

References (91)

1. Moliner, M.; Franch, C.; Palomares, E.; Grill, M.; Corma, A. Chem. Commun. 2012, 48, 8264-8266 10.1039/c2cc33992g
2. Rahkamaa-Tolonen, K.; Maunula, T.; Lomma, M.; Huuhtanen, M.; Keiski, R. L. Catal. Today 2005, 100, 217-222 10.1016/j.cattod.2004.09.056
3. Eng, J.; Bartholomew, C. H. J. Catal. 1997, 171, 27-44 10.1006/jcat.1997.1769
4. Kato, A.; Matsuda, S.; Kamo, T.; Nakajima, F.; Kuroda, H.; Narita, T. J. Phys. Chem. 1981, 119, 4099-4102 10.1021/j150626a029
5. Topsøe, N.-Y. Science 1994, 265, 1217-1219 10.1126/science.265.5176.1217
6. Grünert, W. In Urea-SCR Technology for DeNOx After Treatment of Diesel Exhausts; Nova, I.; Tronconi, E., Eds.; Springer Science + Business Media: New York, 2014; pp 181-219.
7. Wark, M.; Brückner, A.; Liese, T.; Grünert, W. J. Catal. 1998, 61, 48-61 10.1006/jcat.1998.1974
8. Went, G. T.; Leu, L.-J.; Rosin, R. R.; Bell, A. T. J. Catal. 1992, 134, 492-505 10.1016/0021-9517(92)90337-H
9. Iwasaki, M. In Urea-SCR Technoloy for DeNOx After Treatment of Diesel Exhausts; Nova, I.; Tronconi, E., Eds.; Springer: New York, 2014; pp 221-246.
10. Doronkin, D. E.; Casapu, M.; Günter, T.; Müller, O.; Frahm, R.; Grunwaldt, J.-D. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 10204-10212 10.1021/jp5028433
11. Zecchina, A.; Rivallan, M.; Berlier, G.; Lamberti, C.; Ricchiardi, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 3483-3499 10.1039/b703445h
12. Bates, S. A.; Verma, A. A.; Paolucci, C.; Parekh, A. A.; Anggara, T.; Yezerets, A.; Schneider, W. F.; Miller, J. T.; Delgass, W. N.; Ribeiro, F. H. J. Catal. 2014, 312, 87-97 10.1016/j.jcat.2014.01.004
13. Vennestrøm, P. N. R.; Janssens, T. V. W.; Kustov, A.; Grill, M.; Puig-Molina, A.; Lundegaard, L. F.; Tiruvalam, R. R.; Concepción, P.; Corma, A. J. Catal. 2014, 309, 477-490 10.1016/j.jcat.2013.10.017
14. Deka, U.; Juhin, A.; Eilertsen, E. A.; Emerich, H.; Green, M. A.; Korhonen, S. T.; Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 4809-4818 10.1021/jp212450d
15. Brandenberger, S.; Kröcher, O.; Tissler, A.; Althoff, R. Catal. Rev. 2008, 50, 492-531 10.1080/01614940802480122
16. Qi, G.; Wang, L.; Yang, R. T. In Urea-SCR Technology for DeNOx After Treatment of Diesel Exhausts; Nova, I.; Tronconi, E., Eds.; Springer Science + Business Media: New York, 2014; pp 149-177.
17. Ruggeri, M. P.; Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E.; Jirglova, H.; Sobalik, Z. Catal. Today 2012, 184, 107-114 10.1016/j.cattod.2011.10.036
18. Berlier, G.; Zecchina, A.; Spoto, G.; Ricchiardi, G.; Bordiga, S.; Lamberti, C. J. Catal. 2003, 215, 264-270 10.1016/S0021-9517(03)00004-6
19. Čapek, L.; Dědeček, J.; Sazama, P.; Wichterlová, B. J. Catal. 2010, 272, 44-54 10.1016/j.jcat.2010.03.013
20. Sobalik, Z.; Sazama, P.; Dedecek, J.; Wichterlová, B. Appl. Catal., A 2014, 474, 178-185 10.1016/j.apcata.2013.07.033
21. Sazama, P.; Wichterlová, B.; Tábor, E.; Štastný, P.; Sathu, N. K.; Sobalík, Z.; Dědeček, J.; Sklenák, Š; Klein, P.; Vondrová, A. J. Catal. 2014, 312, 123-138 10.1016/j.jcat.2014.01.019
22. Bates, S. A.; Delgass, W. N.; Ribeiro, F. H.; Miller, J. T.; Gounder, R. J. Catal. 2014, 312, 26-36 10.1016/j.jcat.2013.12.020
23. Schwidder, M.; Santhosh Kumar, M.; Bentrup, U.; Pérez-Ramírez, J.; Brückner, A.; Grünert, W. Microporous Mesoporous Mater. 2008, 111, 124-133 10.1016/j.micromeso.2007.07.019
24. Brandenberger, S.; Kröcher, O.; Wokaun, A.; Tissler, A.; Althoff, R. J. Catal. 2009, 268, 297-306 10.1016/j.jcat.2009.09.028
25. Llabrés i Xamena, F. X.; Fisicaro, P.; Berlier, G.; Zecchina, A.; Turnes Palomino, G.; Prestipino, C.; Bordiga, S.; Giamello, E.; Lamberti, C. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7036-7044 10.1021/jp0275847
26. Turnes Palomino, G.; Fisicaro, P.; Bordiga, S.; Zecchina, A.; Giuria, V.; Giamello, E.; Lamberti, C. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4064-4073 10.1021/jp993893u
27. Giordanino, F.; Vennestrøm, P. N. R.; Lundegaard, L. F.; Stappen, F. N.; Mossin, S.; Beato, P.; Bordiga, S.; Lamberti, C. Dalton Trans. 2013, 42, 12741-12761 10.1039/c3dt50732g
28. Borfecchia, E.; Lomachenko, K. A.; Giordanino, F.; Falsig, H.; Beato, P.; Soldatov, A. V.; Bordiga, S.; Lamberti, C. Chem. Sci. 2015, 6, 548-563 10.1039/C4SC02907K
29. Godiksen, A.; Stappen, F. N.; Vennestrøm, P. N. R.; Giordanino, F.; Rasmussen, S. B.; Lundegaard, L. F.; Mossin, S. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 23126-23138 10.1021/jp5065616
30. Ganemi, B.; Björnbom, E.; Paul, J. Appl. Catal., B 1998, 17, 293-311 10.1016/S0926-3373(97)00092-1
31. Woertink, J. S.; Smeets, P. J.; Groothaert, M. H.; Vance, M. A.; Sels, B. F.; Schoonheydt, R. A.; Solomon, E. I. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 18908-18913 10.1073/pnas.0910461106
32. Smeets, P. J.; Hadt, R. G.; Woertink, J. S.; Vanelderen, P.; Schoonheydt, R. A.; Sels, B. F.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14736-14738 10.1021/ja106283u
33. Wang, L.; Gaudet, J. R.; Li, W.; Weng, D. J. Catal. 2013, 306, 68-77 10.1016/j.jcat.2013.06.010
34. Deka, U.; Lezcano-Gonzalez, I.; Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. ACS Catal. 2013, 3, 414-427 10.1021/cs300794s
35. Wang, L.; Gaudet, J. R.; Li, W.; Weng, D. J. Catal. 2013, 306, 68-77 10.1016/j.jcat.2013.06.010
36. Verma, A. A.; Bates, S. A.; Anggara, T.; Paolucci, C.; Parekh, A. A.; Kamasamudram, K.; Yezerets, A.; Miller, J. T.; Delgass, W. N.; Schneider, W. F.; Ribeiro, F. H. J. Catal. 2014, 312, 179-190 10.1016/j.jcat.2014.01.017
37. Wang, D.; Zhang, L.; Li, J.; Kamasamudram, K.; Epling, W. S. Catal. Today 2014, 231, 64-74 10.1016/j.cattod.2013.11.040
38. Tsai, M.-L.; Hadt, R. G.; Vanelderen, P.; Sels, B. F.; Schoonheydt, R. A.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3522-3529 10.1021/ja4113808
39. Gao, F.; Walter, E. D.; Kollar, M.; Wang, Y.; Szanyi, J.; Peden, C. H. J. Catal. 2014, 319, 1-14 10.1016/j.jcat.2014.08.010
40. Gao, F.; Kwak, J. H.; Szanyi, J.; Peden, C. H. F. Top. Catal. 2013, 56, 1441-1459 10.1007/s11244-013-0145-8
41. Andersen, C. W.; Bremholm, M.; Vennestrøm, P. N. R.; Blichfeld, A. B.; Lundegaard, L. F.; Iversen, B. B. IUCrJ. 2014, 1, 382-386 10.1107/S2052252514020181
42. Uzunova, E. L.; Mikosch, H.; St. Nikolov, G. Int. J. Quantum Chem. 2013, 113, 723-728 10.1002/qua.24059
43. Szanyi, J.; Kwak, J. H.; Zhu, H.; Peden, C. H. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 2368-2380 10.1039/c2cp43467a
44. Giordanino, F.; Borfecchia, E.; Lomachenko, K. A.; Lazzarini, A.; Agostini, G.; Gallo, E.; Soldatov, A. V.; Beato, P.; Bordiga, S.; Lamberti, C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1552-1559 10.1021/jz500241m
45. Göltl, F.; Hafner, J. J. Chem. Phys. 2012, 136, 064501 10.1063/1.3676408
46. Deka, U.; Lezcano-Gonzalez, I.; Warrender, S. J.; Picone, A. L.; Wright, P. A.; Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. Microporous Mesoporous Mater. 2013, 166, 144-152 10.1016/j.micromeso.2012.04.056
47. Xue, J.; Wang, X.; Qi, G.; Wang, J.; Shen, M.; Li, W. J. Catal. 2013, 297, 56-64 10.1016/j.jcat.2012.09.020
48. Göltl, F.; Bulo, R. E.; Hafner, J.; Sautet, P. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2244-2249 10.1021/jz400817c
49. Kieger, S.; Delahay, G.; Coq, B.; Neveu, B. J. Catal. 1999, 183, 267-280 10.1006/jcat.1999.2398
50. Yu, T.; Hao, T.; Fan, D.; Wang, J.; Shen, M.; Li, W. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 6565-6575 10.1021/jp4114199
51. Paolucci, C.; Verma, A. A.; Bates, S. A.; Kispersky, V. F.; Miller, J. T.; Gounder, R.; Delgass, W. N.; Ribeiro, F. H.; Schneider, W. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 11828-11833 10.1002/anie.201407030
52. McEwen, J. S.; Anggara, T.; Schneider, W. F.; Kispersky, V. F.; Miller, J. T.; Delgass, W. N.; Ribeiro, F. H. Catal. Today 2012, 184, 129-144 10.1016/j.cattod.2011.11.037
53. Kispersky, V. F.; Kropf, A. J.; Ribeiro, F. H.; Miller, J. T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 2229-2238 10.1039/C1CP22992C
54. Prestipino, C.; Berlier, G.; Llabrs i Xamena, F.; Spoto, G.; Bordiga, S.; Zecchina, A.; Turnes Palomino, G.; Yamamoto, T.; Lamberti, C. Chem. Phys. Lett. 2002, 363, 389-396 10.1016/S0009-2614(02)01183-1
55. Colombo, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2010, 151, 223-230 10.1016/j.cattod.2010.01.010
56. Long, R.; Yang, R. J. Catal. 2002, 207, 274-285 10.1006/jcat.2002.3521
57. Wallin, M. J. Catal. 2003, 218, 354-364 10.1016/S0021-9517(03)00148-9
58. Devadas, M.; Kröcher, O.; Elsener, M.; Wokaun, A.; Mitrikas, G.; Söger, N.; Pfeifer, M.; Demel, Y.; Mussmann, L. Catal. Today 2007, 119, 137-144 10.1016/j.cattod.2006.08.018
59. Metkar, P. S.; Balakotaiah, V.; Harold, M. P. Catal. Today 2012, 184, 115-128 10.1016/j.cattod.2011.11.032
60. Ciardelli, C.; Nova, I.; Tronconi, E.; Bandl-Konrad, B. Chem. Commun. 2004, 2718-2719 10.1039/b411613e
61. Grossale, A.; Nova, I.; Tronconi, E.; Chatterjee, D.; Weibel, M. J. Catal. 2008, 256, 312-322 10.1016/j.jcat.2008.03.027
62. Colombo, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Catal. Today 2012, 197, 243-255 10.1016/j.cattod.2012.09.002
63. Wang, D.; Zhang, L.; Kamasamudram, K.; Epling, W. ACS Catal. 2013, 3, 871-881 10.1021/cs300843k
64. Tronconi, E.; Nova, I. In Urea-SCR Technology for deNOx After Treatment of Diesel Exhausts. Nova, I.; Tronconi, E., Eds.; Springer Science + Business Media: New York, 2014; pp 247-270.
65. Mihai, O.; Widyastuti, C. R.; Ando, S.; Kamasamudram, K.; Li, J.; Joshi, S. Y.; Currier, N. W.; Yezerets, A.; Olsson, L. J. Catal. 2014, 311, 170-181 10.1016/j.jcat.2013.11.016
66. Ruggeri, M. P.; Nova, I.; Tronconi, E. Top. Catal. 2013, 56, 109-113 10.1007/s11244-013-9937-0
67. Delahay, G.; Valade, D.; Guzmán-Vargas, A.; Coq, B. Appl. Catal., B 2005, 55, 149-155 10.1016/j.apcatb.2004.07.009
68. Lamberti, C.; Groppo, E.; Spoto, G.; Bordiga, S.; Zecchina, A. Adv. Catal. 2007, 51, 1-74 10.1016/s0360-0564(06)51001-6
69. Poignant, F.; Freysz, J. L.; Daturi, M.; Saussey, J. Catal. Today 2001, 70, 197-211 10.1016/S0920-5861(01)00418-7
70. Sedlmair, C.; Gil, B.; Seshan, K.; Jentys, A.; Lercher, J. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 1897-1905 10.1039/b209325a
71. Colombo, M.; Nova, I.; Tronconi, E. Appl. Catal., B 2012, 111-112, 433-444 10.1016/j.apcatb.2011.10.031
72. Gao, F.; Walter, E. D.; Karp, E. M.; Luo, J.; Tonkyn, R. G.; Kwak, J. H.; Szanyi, J.; Peden, C. H. F. J. Catal. 2013, 300, 20-29 10.1016/j.jcat.2012.12.020
73. Korhonen, S. T.; Fickel, D. W.; Lobo, R. F.; Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. Chem. Commun. 2011, 47, 800-802 10.1039/C0CC04218H
74. Zhang, R.; McEwen, J.-S.; Kollár, M.; Gao, F.; Wang, Y.; Szanyi, J.; Peden, C. H. F. ACS Catal. 2014, 4, 4093-4105 10.1021/cs500563s
75. Hadjiivanov, K. I. Catal. Rev. 2000, 42, 71-144 10.1081/CR-100100260
76. Lamble, G.; Moen, A.; Nicholson, D. G. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1994, 90, 2211-2213 10.1039/ft9949002211
77. Kau, L. S.; Spira-Solomon, D. J.; Penner-Hahn, J. E.; Hodgson, K. O.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6433-6442 10.1021/ja00255a032
78. Sano, M.; Komorita, S.; Yamatera, H. Inorg. Chem. 1992, 31, 459-463 10.1021/ic00029a022
79. Lamberti, C.; Spoto, G.; Scarano, D.; Pazé, C.; Salvalaggio, M.; Bordiga, S.; Zecchina, A.; Turnes Palomino, G.; D'Acapito, F. Chem. Phys. Lett. 1997, 269, 500-508 10.1016/S0009-2614(97)00297-2
80. Groothaert, M. H.; van Bokhoven, J. A.; Battiston, A. A.; Weckhuysen, B. M.; Schoonheydt, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7629-7640 10.1021/ja029684w
81. Bordiga, S.; Groppo, E.; Agostini, G.; van Bokhoven, J. A.; Lamberti, C. Chem. Rev. 2013, 113, 1736-850 10.1021/cr2000898
82. Kucherov, A. V.; Gerlock, J. L.; Jen, H.-W.; Shelef, M. Zeolites 1995, 15, 15-20 10.1016/0144-2449(94)00009-H
83. Lezcano-Gonzalez, I.; Deka, U.; van der Bij, H. E.; Paalanen, P.; Arstad, B.; Weckhuysen, B. M.; Beale, A. M. Appl. Catal., B 2014, 154, 339-349 10.1016/j.apcatb.2014.02.037
84. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 78 th ed.; Lide, D. R., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1997.
85. Tsukahara, H.; Ishida, T.; Mayumi, M. Nitric Oxide 1999, 3, 191-198 10.1006/niox.1999.0232
86. Mortensen, J. J.; Hansen, L. B.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2005, 71, 035109 10.1103/PhysRevB.71.035109
87. Enkovaara, J.; Rostgaard, C.; Mortensen, J. J.; Chen, J.; Duak, M.; Ferrighi, L.; Gavnholt, J.; Glinsvad, C.; Haikola, V.; Hansen, H. A.; Kristoffersen, H. H.; Kuisma, M.; Larsen, A. H.; Lehtovaara, L.; Ljungberg, M.; Lopez-Acevedo, O.; Moses, P. G.; Ojanen, J.; Olsen, T.; Petzold, V.; Romero, N. A.; Stausholm-Møller, J.; Strange, M.; Tritsaris, G. A.; Vanin, M.; Walter, M.; Hammer, B.; Häkkinen, H.; Madsen, G. K. H.; Nieminen, R. M.; Nørskov, J. K.; Puska, M.; Rantala, T. T.; Schiøtz, J.; Thygesen, K. S.; Jacobsen, K. W. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 253202 10.1088/0953-8984/22/25/253202
88. Wellendorff, J.; Lundgaard, K. T.; Møgelhøj, A.; Petzold, V.; Landis, D. D.; Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2012, 85, 235149 10.1103/PhysRevB.85.235149
89. Brogaard, R. Y.; Moses, P. G.; Nørskov, J. K. Catal. Lett. 2012, 142, 1057-1060 10.1007/s10562-012-0870-9
90. Brogaard, R. Y.; Weckhuysen, B. M.; Nørskov, J. K. J. Catal. 2013, 300, 235-241 10.1016/j.jcat.2013.01.009
91. Moen, A.; Nicholson, D. G.; Rønning, M. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1995, 91, 3189-3194 10.1039/ft9959103189