科学家提高催化转化器的效率，以减少氢发动机的有害污染

　　

　　

　　氢燃料内燃机在对抗气候变化方面有着巨大的前景，因为它们的动力强大，不会排放任何使地球变暖的碳。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，为柴油发动机提供了更清洁的替代品。

　　然而，它们并非完全干净。它们在高温燃烧过程中释放出氮氧化物。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，使我们的肺部恶化，导致长期的健康问题。

　　幸运的是，加州大学河滨分校的科学家们已经发现了一种低成本的方法，通过提高催化转换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，将铂与一种称为Y型沸石的高多孔材料一起注入催化转化器，大大增强了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摄氏度的情况下，氮氧化物转化为无害物质的量增加了4 ~ 5倍。该系统在较低温度下特别有效，这对于减少发动机首次启动时的污染至关重要，而且发动机仍然相对较冷。

　　此外，该技术还可以减少配备氢喷射系统的柴油发动机的污染，UCR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。氢气喷射系统类似于大型柴油卡车的选择性催化还原系统。

　　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。它们的大表面积和均匀的孔和通道的三维笼状框架允许更有效地分解污染物。

　　通过将铂与Y型沸石(一种广泛的沸石化合物家族的合成类型)物理混合，研究人员创造了一个系统，可以有效地捕获氢燃烧过程中产生的水。这种富水环境促进氢活化，这是提高氮还原效率的关键。

　　UCR的研究科学家、该研究的第一作者谢少华解释说，沸石本身并不是催化剂。相反，它通过创造一个富含水的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宏亮通过对新催化剂体系的理论建模进一步验证了这一概念。

　　“这个概念也适用于其他类型的沸石，”谢补充说。“这是一种通用策略。”

　　刘强调，减少污染的方法相对简单。

　　“我们不需要使用复杂的化学或其他物理过程，”刘说。“我们只是将铂和沸石这两种材料混合在一起，进行反应，然后我们看到活性和选择性的提高。”

　　UCR的刘、谢和叶凯龙混合了铂和Y型沸石粉末，并将其提供给合作科学家，位于新泽西州伊瑟林的巴斯夫环境催化剂和金属解决方案（ECMS）的李跃进。将该粉末制成具有粘结性化合物的粘稠液浆，并应用于催化转化器原型内的蜂窝结构。来自美国国家同步加速器光源II (NSLS-II)、位于纽约厄普顿的布鲁克海文国家实验室的科学家们也是合作者。

　　更多信息:谢少华等，沸石促进铂催化剂对氢的高效还原，Nature Communications(2024)。DOI: 10.1038/s41467-024-52382-7期刊信息:自然通讯由加州大学河滨分校提供引文:科学家提高催化转化器效率，以减少氢发动机的有害污染(2024年，10月10日)检索自2024年10月11日https://techxplore.com/news/2024-10-scientists-catalytic-efficiency-pollution-hydrogen.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。