研究团队利用热汽车尾气来提高催化剂效率可将催化活性提升约10倍

盖世汽车讯 据外媒报道，国际研究团队报告，在制备催化剂时，使高温且含有水蒸气的汽车尾气通过催化剂，可以提高催化效率，并减少车辆催化转化器对稀有贵金属的需求。

据该团队介绍，含有氮氧化物和一氧化碳的热汽车尾气会引发一种此前未知的反应，如果主动利用这种反应，可以显著提高催化活性。催化剂是能提高化学反应速率的物质。

研究人员发现，高温尾气促使二氧化铈颗粒形成二维纳米级团簇。这些团簇密集地覆盖在催化剂表面，可以形成大量化学反应位点，从而提高反应效率。华盛顿州立大学教授Yong Wang表示:“它们就像氧气海绵一样，一旦氧被轻松活化，对于许多需氧反应就非常有用，如氧化烃类和一氧化碳等。这为多种反应提供了更好的催化剂设计。”

据发现，这种新处理方法可将催化活性提高约10倍。Wang教授表示:“这具有实用价值。”

科研人员一直致力于改进催化转化器和其他排放控制技术。这些技术可用于净化汽车或发电厂尾气，但随着时间的推移会逐渐失效。制造商不得不在转化器中添加更多稀有和昂贵的金属，以减缓催化剂性能衰减的趋势并满足排放标准。

令业界困扰多年的谜团是，在高温恶劣的废气环境中，虽然催化转化器中的纳米金属材料已知会烧结并逐渐失效，但催化转化器的实际使用寿命却比预期更长。太平洋西北国家实验室(PNNL)化学工程师Konstantin Khivantsev表示:“如果观察二氧化铈颗粒的尺寸增长情况，人们可能觉得其活性至少会下降百倍，但事实并非如此。这说明存在一个未被发现的过程，有助于提高分散性和催化活性。”

华盛顿州立大学、太平洋西北国家实验室、新墨西哥大学、保加利亚索非亚大学(University of Sofia，Bulgaria)和普渡大学(Purdue University)的研究人员决定对一种催化剂进行人工老化研究。然而，他们并没有使用老化测试中的常见成分——水，而是让催化剂经受数小时的超高温尾气冲击。结果发现催化剂性能不降反升。新墨西哥大学教授Abhaya Datye表示:“这是做研究的乐趣之一，直觉告诉我们催化剂会失活，实验结果却完全相反。我们经过反复实验后，开始深入探究其科学原理。”

现场研究人员发现，催化转化器的性能下降速度不如预期。他们并不知道，当汽车尾气温度特别高时，热汽车尾气实际上偶尔会在短时间内促进反应。就实际影响而言，现在研究人员希望有意利用该处理工艺，通过预活化催化剂，在其寿命初期主动形成反应状态。

这项新处理技术可以减少催化剂所需的铑等贵金属用量，从而明显节省成本。汽车催化转化器通常含有价值约800美元的铑。太平洋西北国家实验室研究人员János Szanyi表示:“在用过的催化剂中，二氧化铈纳米颗粒在分散过程中形成原子级薄层二氧化铈，会与铑、铂等贵金属直接接触。这使催化剂能够承受汽车尾气的高温严苛环境，同时保持活性。quot;

研究团队已在实验室规模验证了这一催化剂处理技术。目前，他们正与行业伙伴合作，在实际车辆运行条件下对催化剂进行测试。