Химические вещества, образующие смог, можно было бы почти исключить из выхлопных труб дизельных автомобилей и фургонов, используя новую концепцию катализатора выхлопных газов, разработанную в KAUST. После систематического изучения нескольких составов катализаторов исследовательская группа определила идеальный атомный рецепт для каталитического удаления NO x из выбросов транспортных средств. Выводы, опубликованные в Nature Communications, разрешают продолжающиеся дебаты по поводу дополнительных атомов в каталитической смеси.
Последние разработки в области высокоэффективных двигателей, наряду с ужесточением норм выбросов транспортных средств, требуют улучшенных каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Катализаторы NO x текущего поколения для небольших дизельных двигателей оптимально работают при температуре выше 200 градусов Цельсия. В настоящее время требуются катализаторы, работающие при более низких температурах . Такие катализаторы должны быстро удалять NO x после холодного пуска и использоваться совместно с новыми низкотемпературными двигателями внутреннего сгорания.
Для разработки улучшенного катализатора NO x нового поколения компания Umicore, занимающаяся контролем автомобильных выбросов, объединилась с исследовательской группой KAUST Catalysis Center под руководством Хавьера Руиса-Мартинеса для оптимизации конструкции катализатора.
«Мы исследовали материалы на основе марганца из-за их хороших характеристик и низкой стоимости», — объясняет Руис-Мартинес. Катализаторы NO x на основе марганца обычно использовали церий в качестве легирующей примеси, хотя единого мнения о роли церия в удалении NO x не было. «Лучший способ разработать новые катализаторы — это сначала понять, как работают эти материалы», — говорит Руис-Мартинес. Итак, команда произвела серию катализаторов, содержащих различное количество церия, чтобы урегулировать спор.
Команда сначала разработала методы производства каждого катализатора с однородной наноструктурой, чтобы можно было сравнивать их. «Убедившись в том, что материалы катализатора соответствуют нашим требованиям, мы стали искать взаимосвязь между каталитической активностью и количеством церия и марганца», — говорит Руис-Мартинес. После учета различий в площади поверхности катализатора команда показала, что присутствие церия снижает каталитическую активность атомов марганца.
В предыдущих исследованиях, где церий, по-видимому, усиливал каталитическое удаление NO x , очевидный положительный эффект церия исчезал после того, как ученые учитывали его влияние на площадь поверхности катализатора. Однако у церия было одно преимущество: подавление нежелательной побочной реакции с образованием N 2 O. Поскольку образование N 2 O, вероятно, требует участия двух соседних марганцевых центров, добавление церия может уменьшить количество поверхностных марганцевых центров и, таким образом, подавить Реакция.
«Наши результаты показывают, что дизайн более активных каталитических материалов требует максимального количества атомов марганца на поверхности катализатора и того, чтобы эти атомы марганца были разнесены между атомами, чтобы избежать образования N 2 O», — говорит Руис-Мартинес. «Сейчас мы разрабатываем катализаторы, экспонирующие марганец в атомарной дисперсии на поверхности, и результаты очень многообещающие».
Теги: экология
