阿卜杜拉国王科技大学解决关于汽车尾气催化剂设计的争论

据外媒报道，阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）开发了一种新型排气催化剂概念，几乎可以完全去除车辆排气管中形成烟雾的化学物质。这一概念适用于柴油车和货车。该研究团队系统性研究多种催化剂成分，并确定了可催化去除汽车排放的氮氧化物（NOx）的理想原子配方。

（图片来源：KAUST）

近年来，随着高效发动机设计不断涌现，以及日益严格的汽车排放法规，对发动机排放催化剂的要求也更高。目前小型柴油发动机中使用的NOx催化剂，在200摄氏度以上的温度下才能达到最佳表现。因此，需要运行温度更低的催化剂，使其与新型低温内燃机协同工作，在冷启动后快速去除NOx。

为了开发新一代改良NOx催化剂，汽车排放控制公司Umicore与KAUST催化中心的研究团队达成合作，在Javier Ruiz-Martínez的领导下，优化催化剂设计。

研究人员探讨基于锰的材料，因其性能优良、成本低。锰基NOx催化剂通常使用铈作为掺杂剂，但是关于铈在去除NOx过程中发挥的作用，人们并没有达成共识。Ruiz-Martínez表示：“开发新催化剂的最佳方式，是首先了解材料的工作原理。”因此，该团队制造了一系列催化剂，并加入不同数量的铈，以解决上述争议。

该团队首先确定制造各种具有均质纳米结构催化剂的方法，以便进行比较。Ruiz-Martínez表示：“在确定催化剂材料符合设计要求后，研究人员开始寻找催化活性与铈和锰含量之间的相关性。”将催化剂的表面积差异考虑在内，该研究小组发现，铈的存在降低了锰原子的催化活性。

在以往的研究中，铈似乎有助于催化去除NOx，然而，将其对催化剂表面积的影响考虑在内，铈就起不到那么明显的积极作用了。然而，铈确实有一个好处，可以抑制产生N2O的不良反应。形成N2O可能需要两个相邻锰位点的参与，加入铈可以减少表面锰位点的数量，从而抑制反应。

结果显示，设计活性更强的催化剂材料，需要最大化催化剂表面的锰原子，并且这些锰原子之间要有原子间距，以避免形成N2O。现在，研究人员正在设计将锰原子分散在表面的催化剂，并有望取得非常积极的结果。