俄亥俄州立大学的塔季扬娜·伍达尔 图形摘要
学分:材料化学(2022)
多伊:10
1021/acs
化学物质
1c03513 一项新的研究表明，下一代催化转换器可能会有更长的寿命，并且需要更少的稀有材料来运行
催化转换器将汽车尾气中的有害气体，包括一氧化碳和其他污染物，转化为蒸汽和其他更安全的副产品，如二氧化碳和氮气
一个好的催化转化器可以使用十年以上，但根据该研究的第一作者程的说法，总有改进的空间
他说，未来的催化技术可以被设计成在更长的时间内有效地清除污染物
“我们希望催化转化器有更长的寿命
俄亥俄州立大学材料科学与工程专业博士生李(音译)说:“否则，他们将不得不被替换，否则将无法通过政府的排放测试。”
这项研究最近发表在《材料化学》杂志上
根据你居住的地方，联邦排放标准会有所不同
1975年，为了解决美国各城市日益严重的烟雾问题，国会通过立法，规定所有车辆都必须安装催化转换器
虽然有各种类型，现代催化转换器使用三种贵金属的组合:钯、铂和铑
这些三效催化剂可以减少一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的排放，这两种物质如果放在一起，会产生氮氧化物，这是一种对人类健康有直接和间接有害影响的化合物
这三种贵金属——尤其是铑——的价格不断上涨，这就是为什么各地的犯罪分子都开始偷窃催化转化器
铑最常见于北美和南美的河沙中，被认为是世界上最稀有的元素，比黄金和铂金更有价值
“铑的成本已经急剧上升，在过去几年中，由于不断增长的需求加上基本供应不足，”李说
这意味着催化转换器的制造成本会很高，更换成本会加倍
由于铑基催化剂供不应求，因此必须尽可能有效地利用它们
因为已知催化剂在高温下会失活，研究人员研究了在高温下它们的性能如何随时间变化
为了做到这一点，李的团队对转换器进行了多次测试，包括让它们承受高于1600华氏度的温度
虽然真正的催化剂在行驶的汽车中很少超过这样的条件，但在它们的使用寿命中，它们可能至少偶尔会经历这样的温度，尤其是当转换器变得更旧时
研究人员使用透射电子显微镜在原子水平上研究三元催化剂的微观结构，以及它们如何受到热量的影响
“通过观察微观结构，我们可以将高热量、转炉的实际性能与其微观结构联系起来，”李说
李指出，铑催化剂是由氧化铝和氧化铈-氧化锆等氧化物支撑的，这有助于稳定它们
在氧气的高温下，铑溶解到氧化铝中，并降解成稳定的铝酸铑溶液
然而，这种溶液是化学惰性的，这意味着它不能清除有害的污染物和气体，使设备实际上没有用
但是这是可逆的
当暴露在氢气中时，一些铑再次变得活跃，但不足以使催化转化器恢复到其以前的效率
这项研究的结论是，从长远来看，建立一种新的设计，防止铝酸铑的形成，可以帮助这些设备发挥最大作用
对该装置结构的深入了解也有助于为未来的催化转化器提供更好的设计
“我们的研究结果为汽车制造商优化铑基催化剂的使用指明了方向，”李说
合著者是福特汽车公司的吴京、安德鲁·比恩·盖索安和乔瓦尼·卡瓦迪奥，以及俄亥俄州立大学材料科学与工程副教授约尔格·金斯切克
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