科学家提高催化转化器效率以减少氢发动机的有害污染

Josiah02

氢燃料内燃机在应对气候变化方面前景广阔，因为它们动力强劲，且不会排放任何导致地球变暖的碳。它们可以为重型卡车和公共汽车提供动力，适用于越野和农业设备以及备用发电机，为柴油发动机提供更清洁的替代品。
然而，它们并非完全清洁。它们在高温燃烧过程中会排放氮氧化物。氮氧化物与大气中的其他化合物发生反应，形成有害的臭氧和细颗粒物，这会加重我们的肺部并导致长期健康问题。
幸运的是，加州大学河滨分校的科学家们发现了一种低成本的方法，通过提高催化转化器的效率来显著减少氢发动机的污染。
据《自然通讯》杂志报道，研究人员发现，在催化转化器中将一种名为 Y 型沸石的高度多孔材料与铂混合，可以大大增强氮氧化物和氢之间的反应，将它们转化为无害的氮气和水蒸气。
研究发现，与不使用沸石的催化转化器相比，在发动机温度为 250 摄氏度时，转化为无害物质的氮氧化物数量增加了四到五倍。该系统在较低温度下尤其有效，这对于在发动机首次启动且温度相对较低时减少污染至关重要。
此外，该技术还可以减少配备氢气喷射系统的柴油发动机的污染，加州大学河滨分校伯恩斯工程学院化学与环境工程副教授、通讯作者刘福东解释说。氢气喷射类似于大型柴油卡车选择性催化还原系统中使用的喷射系统。
沸石是一种低成本材料，具有明确的晶体结构，主要由硅、铝和氧原子组成。沸石的表面积大，三维笼状框架具有均匀的孔隙和通道，可更有效地分解污染物。
通过将铂与 Y 型沸石（沸石化合物家族中的一种合成类型）进行物理混合，研究人员创建了一种系统，可以有效捕获氢气燃烧过程中产生的水。这种富含水的环境促进了氢气的活化，这是提高氮还原效率的关键。
加州大学河滨分校研究科学家、这项研究的主要作者谢少华解释说，沸石本身并不是催化剂。相反，它通过创造富水环境来提高铂催化剂的有效性。博士生刘丽萍和弗吉尼亚理工大学副教授辛红良通过对新催化剂系统的理论建模进一步验证了这一概念。
“这一概念也适用于其他类型的沸石，”谢补充道。“这是一个通用的策略。”
刘志军强调，减排污染的方法比较简单。
“我们不需要使用复杂的化学或其他物理过程，”刘说。“我们只需将两种材料——铂和沸石——混合在一起，进行反应，然后我们就会看到活性和选择性的提高。”
加州大学河滨分校的刘、谢和叶凯龙将铂粉和 Y 型沸石混合在一起，并将它们提供给位于新泽西州伊斯林的巴斯夫环境催化剂和金属解决方案公司 (ECMS) 的合作科学家李跃进。该粉末与粘合剂一起制成浓稠的液体浆料，并涂在原型催化转化器内的蜂窝结构上。来自纽约州厄普顿布鲁克海文国家实验室国家同步加速器光源 II (NSLS-II) 的科学家也是合作者。