控制一氧化碳（CO）排放仍然是工业催化领域面临的关键挑战。CO主要通过化石燃料的不完全燃烧产生[1]。它也是石油精炼过程中流体催化裂化（FCC）等工业过程产生的有害副产品。FCC再生器是CO排放的重要来源，因为在再生过程中产生的焦炭会在废弃催化剂表面燃烧。通常通过将CO高温催化氧化为危害较小的CO₂来减少这些排放。为了满足更严格的环境法规，需要能够在高温（>700°C）以及水、蒸汽和二氧化硫（SO₂）等干扰气体存在下高效运行的高活性和稳定催化剂[2]、[3]、[4]。
在流体催化裂化（FCC）装置中，催化剂失活主要是由于烃类裂解过程中焦炭的沉积，因此需要持续进行催化剂再生。在再生器中，焦炭在氧化气氛中燃烧，产生大量的CO和CO₂。尽管CO在许多化学过程中是宝贵的中间体，但由于安全考虑、排放法规及其对装置热管理的影响，其在FCC再生器中的存在是不希望出现的。因此，高效且稳定的CO氧化催化剂对于确保在含硫和含水等恶劣条件下实现CO的完全转化至关重要。在这方面，催化剂的耐久性和抗失活能力与表观活性同样重要，这突显了开发能够在含硫和含水环境中可持续运行的稳健氧化物基催化剂的重要性。CO氧化在FCC再生器中维持热平衡、减少后燃和控制排放的关键作用已在工业实践和基础研究文献中得到广泛记载。
关于CO氧化的最新研究越来越多地从理想条件转向实际条件，因为在实际条件下SO₂和蒸汽会显著影响催化剂的性能，尤其是对于柴油氧化催化剂和烟气处理而言。最新综述指出，SO₂在金属/氧化物表面被氧化为SO₃，然后转化为表面/体相硫酸盐，从而阻塞活性位点并消耗晶格氧。同时，H₂O会竞争吸附位点，并常常加速硫化过程，使得同时耐受SO₂和H₂O成为关键的设计挑战[5]。贵金属催化剂（Pt、Pd）仍然是基准材料。不过，现在通过创新的载体和促进剂来提高其稳定性：例如耐SOx的Pt/TiO₂和Pt/MOx/TiO₂体系，包括经过Mo修饰和Eu₂O₃改性的Pt/TiO₂，通过提供牺牲性硫沉降中心、调节表面酸度以及在含SO₂的条件下保持氧化还原活性氧来提高抗性[6]、[7]、[8]。与此同时，人们也在积极研究无贵金属的氧化物材料，如基于Mn、Co和Cu的材料，通过成分调整和纳米结构优化来提高其对硫和湿度的耐受性；一个显著的例子是Mo改性的Co/SBA-15，在450 ppm SO₂和10% H₂O条件下仍能保持高CO转化率，这得益于分散良好的Co₃O₄–MoOx结构域和优化的酸度。最近，钙钛矿尤其是高熵尖晶石氧化物成为有前景的材料，因为它们富含缺陷的多阳离子晶格能够促进硫吸附并保持氧的迁移性，从而显著提高了抗SO₂的CO氧化性能[9]、[10]。传统上，尤其是负载在γ-Al₂O₃上的贵金属催化剂因其高内在活性和热稳定性而被广泛使用。然而，它们的实际应用受到多种挑战的阻碍，包括高成本、有限的可用性以及在氧化环境中容易失活、被硫中毒和NOx形成。这些问题促使人们尝试开发基于更丰富且价格更实惠的过渡金属的替代催化体系[11]、[12]。
锰氧化物（MnOx）因其多种氧化态（Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺）和氧化还原灵活性而成为有前景的选择，这些特性有助于通过Mars–van Krevelen机制激活和转化CO[13]、[14]、[15]。然而，MnOx催化剂在暴露于SO₂和H₂O时容易失活，主要是由于表面硫化、羟基化和活性相的烧结。因此，开发在不牺牲活性的前提下提高锰基催化剂稳定性的策略对其工业应用至关重要[15]。
在提高催化剂稳定性的各种方法中，引入钼作为结构和电子促进剂的方法受到了广泛关注[9]。高度分散的钼物种可以增强催化剂的酸碱性质，抑制硫酸盐的形成，并提供额外的氧化还原位点，从而促进CO的氧化[15]。此外，钼还被报道能够阻碍SO₂的吸附，并通过稳定活性金属氧化物相并在氧化和潮湿条件下保持其氧化还原性质来提高抗水性[9]。
载体材料和合成方法的选择对催化剂的性能和稳定性也起着至关重要的作用。有序介孔二氧化硅SBA-15因其高表面积、热稳定性和可调的孔结构而特别有利[16]、[17]。此外，其厚孔壁和相互连接的微孔结构使其比其他介孔二氧化硅（如MCM-41）具有更好的水热稳定性。SBA-15还便于金属氧化物的分散，使其成为开发高性能CO氧化催化剂的理想平台。
传统的将金属负载在SBA-15上的合成方法包括初始润湿浸渍，这种方法往往导致分散不良和形成大颗粒；而沉积-沉淀（DP）方法在微波辅助下可以改善金属的分布，但可能受到物种锚定不完全的限制。较新的溶胶-凝胶（OP）方法提供了一种更环保、更集成化的途径，通过在二氧化硅骨架形成过程中原位引入活性物种来潜在地提高均匀性、金属-载体相互作用和稳定性[18]、[19]。
在本研究中，我们按照上述方法制备了负载在SBA-15上的Mn和Mn–Mo催化剂，并对其在理想条件和模拟FCC再生器烟气条件（包括730°C下的SO₂和H₂O）下的催化性能进行了评估。重点研究了Mo的促进作用和合成路径如何影响决定催化活性和抗失活能力的结构、氧化还原和表面性质。
