低温催化剂减少排放

一种新的催化转化器技术正在净化汽车尾气。

催化转化器利用化学反应去除汽车尾气中的有害排放物，但随着发动机效率的提高，废气温度在降低，催化剂所依赖的高温化学反应就不能正常工作了。还有一个“冷启动”问题，即催化剂没有预热，在行驶的前5-10分钟内没有工作。

如果催化剂跟不上速度，一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物就会污染空气，导致健康问题。但华盛顿州立大学的王勇领导的科学家们已经创造了一个系统，可以在较低的温度下去除90%的一氧化碳，并有助于解决这些问题。

催化剂为反应的进行提供了更容易的途径。在这种情况下，该反应是将有害的一氧化碳与氧气结合生成二氧化碳，而在铂催化剂的帮助下，这一反应更容易发生。氧化铈用作支撑物，将铂固定在适当的位置。

使用比以前更小的铂颗粒来驱动反应，并使催化剂在更低的温度下更好地工作。额外的改进来自于使用不同的制备路线将铂催化剂附着在氧化铈载体上。

剑桥大学的催化剂专家Patrick Barrie读了这篇论文，并解释说，研究人员希望“为转化器找到一种能在接近室温的温度下工作的催化剂”，然后“真正了解分子水平上发生的事情，这样催化剂就可以通过科学知识来设计，而不是反复试验。”

希望在未来使用单铂原子，这很重要，因为铂是一种每公斤价值2万英镑的贵金属。只有粒子表面的原子才能接触到一氧化碳并将其转化，所以粒子中间的任何原子都是有偿的，但却被浪费了。然而，巴里认为，“非常小的粒子的问题在于它们喜欢变成大粒子。只要你把它们加热，它们就会变成大颗粒，你就失去了它们的优势。”这项研究克服了这一难题。

“这项工作的重要性在于，他们已经能够调整颗粒的大小。你想要铂粒子很小，但又不能太小，不能有正确的反应性，然后调整氧化铈的状态，这样它就可以很容易地提供氧原子。”Barrie说。

这种结合是两种发展在化学和谐中共同作用的结果。首先是制造合适尺寸的铂粒子，一旦铂被嵌入到氧化铈支架中，就会发生这种情况，最初将它们作为单个原子分开。

理论上，单原子应该使可能发生的反应最大化，但事实上，它们太有效了，与一氧化碳结合得太紧密，阻止了二氧化碳的转化。Barrie说，相反，研究人员“必须在适当的温度下加热一氧化碳中嵌入铂的氧化铈支撑体，他们发现275°C是“激活”这个系统的神奇温度”。

他们尝试用一种成熟的方法制造活性催化剂，结果很有希望，在120°C下一氧化碳转化为二氧化碳的转化率为90%。但第二个发展是使用他们新的活性催化剂，由他们之前开发的一种不同的制造方法制造。结果甚至比预期的还要好，其中最大的突破是在65°C的条件下转化率达到90%。

一氧化碳到二氧化碳的这种低温转化是由氧化铈支撑体中的氧原子提供的，而不是必须来自空气中的氧气。为了确保支撑不会随着时间的推移而耗尽，它会在稍后巧妙地再生，利用空气中的氧气。

这种再生是催化剂长时间使用的必要条件。正如巴里所强调的那样，“他们发现他们的催化剂很稳定，可以进行多次循环而不会变质，但他们只进行了几天的真正测试，当你想要一个催化转化器工作一年以上才能实用时”。

因此，在这项技术应用于未来的汽车之前，巴里还提到，“还有一些事情需要探索，比如制备的成本、是否可以大规模使用、使用寿命以及我们希望催化转换器能做的其他事情。”汽车尾气中的氮氧化物也需要处理。”