原子水平看催化转换器表明改进的根源

下一代的催化转换器可以有较长的寿命,需要更少的稀有材料,一项新的研究表明。

催化转换器把有害气体从汽车的尾气,包括一氧化碳和其他污染物,蒸汽和其他安全的副产品,如二氧化碳和氮气。

一个好的催化转化器可以持续十年以上,但根据Cheng-Han李该研究的第一作者,总有改进的余地。他说未来催化技术可以用来有效地擦洗污染物更长一段时间。

“我们希望有一个更好的催化转换器的一生。否则,他们将不得不被替换或不会通过政府的排放测试,”李说,他是一个博士生在材料科学与工程俄亥俄州立大学。

这项研究最近发表在杂志上化学材料。

取决于你住在哪里,联邦排放标准也各不相同。1975年,应对日益严重的烟雾问题在美国各城市,国会通过立法规定,所有的车辆都要求有催化转换器。

虽然有各种类型,结合现代催化转换器使用三种贵金属:钯、铂和铑。这些三方催化剂可以减少一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)排放——两种物质,如果放在一起,可以创建氮氧化合物,化合物,对人体健康的直接或间接的有害影响。

三种贵金属的价格上涨——尤其是铑——为什么罪犯到处都有采取偷催化转换器。发现最常在北美和南美的河流砂,铑被认为是世界上最稀有的元素,比黄金更有价值和白金。

“铑的成本大幅上升在过去的几年中由于需求增加,加上供应基本赤字,”李说。这意味着催化转换器可以是昂贵的,和双昂贵的替代。

因为rhodium-based催化剂供应不足,必须尽可能有效地使用。因为高温催化剂已被禁用,研究人员调查了他们的表现如何改变随着时间的推移,在高温的存在。

为此,李的团队执行一些测试转换器,包括让他们忍受温度高于1600华氏度。虽然真正的催化剂很少超过一辆行驶中的汽车这样的条件,他们可能会经历这些温度至少偶尔一生,尤其是在转换器变老。

研究人员使用透射电子显微镜研究三方催化剂的微观结构在原子水平和它们是如何受到高温的影响。“通过观察微观结构,我们可以使高温之间的联系,转炉的实际性能,及其微观结构,”李说。

李肇星说,铑催化剂是由氧化物氧化铝和ceria-zirconia等,帮助稳定。

在高温氧气,铑溶解氧化铝和铝酸降解成稳定的解决方案铑。然而,这个解决方案是化学惰性,这意味着它不能清除有害污染物和气体,使得设备有效地毫无用处。

但它是可逆的。

当暴露在氢的铑再次变得活跃,但不足以催化剂转换器回归到原先的效率。

研究结果得出的结论是,从长远来看,建立一个新的设计,防止铝酸铑的形成有助于充分利用这些设备。这种深入的了解设备的结构也可以帮助更好地设计未来的催化转换器。

“我们的研究结果给汽车制造商一个特定方向遵循优化rhodium-based催化剂的使用,”李说。

合作者是杰森,Andrew Bean Getsoian和乔凡尼Cavataio福特汽车公司,和Joerg Jinschek,材料科学和工程学副教授俄亥俄州立大学。

这项研究是由OSU-Ford联盟项目。

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