科学探索|新型催化剂可让燃气引擎的末端排放变得更加清洁环保高效新型催化剂可让燃气引擎的末

尽管油改气能够将汽柴油发动机的二氧化碳和颗粒污染物减少大约 1/4，但它们还是会排出未燃烧殆尽的甲烷。主要原因是排气管系统中的催化转化器在低温时效率低下。不过 2021 年 10 月 18 日发表于《自然·催化》期刊上的一项新研究，还是介绍了可清除排放物、并增强水蒸气耐受性的新型氧化钯催化剂。

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（图自：Cortland Johnson / PNNL）
厦门大学化工学院熊海峰教授所在的课题组，介绍了在原子捕获修饰载体、进而控制多相催化剂中二维金属 / 金属氧化物的形成和热催化方面取得的重要进展。

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与现有技术相比，与单个铂原子结合在一起的氧化钯 (Pd) 催化剂“筏”，有望让天然气引擎的卡车、越野车等设备的动力系统，变得更加清洁、高效和实用。

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研究配图 - 1：二维 Pt 筏板的扫透电子显微图像
具体说来是，这种新型催化剂可净化天然气、并使催化过程更耐受水蒸气，从而降低未燃烧完全的甲烷的排放量。

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研究配图 - 2：沉积在工程催化剂载体上的一氧化碳反应性 / 能量评估
华盛顿州立大学 Gene & Linda Voiland 化学工程与生物工程学院特聘教授 Yong Wang 表示：“能源效率的提升，必须与后处理技术齐头并进。当前天然气的燃烧利用，在效率上还有进一步提升的空间” 。

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研究配图 - 3：添加 / 未添加水蒸气时，Pd 基催化剂的甲烷氧化反应性评估。
这项研究汇聚了来自美国、欧盟与中国的合作伙伴，并在华盛顿州立与新墨西哥大学的牵头下开展了相关工作。

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研究配图 - 4：原子俘获 / 沉积的 AC-STEM 图像
虽然油改气在美国并不普遍，但中国、伊朗、印度地区却相对常见。由于污染较汽柴油引擎更少，燃气引擎常被用于城市地区的卡车 / 公交汽车，且天然气行业也在通过数千台压缩机将燃气泵送到千家万户。

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研究配图 - 5：1Pd/2Pt@CeO? 样本的 XAS 光谱
问题在于，发动机工作效率越高、燃烧越清洁，排气温度就越低，对应催化剂的污染物清除效用也就越不理想。更何况未燃烧完全的甲烷是一种强效温室气体（是二氧化碳的 25 倍左右）。

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研究配图 - 6：1Pd/2Pt@CeO 2 和（1Pd + 2Pt）/ CeO? 催化剂的 XPS 光谱
Yong Wang 教授补充道：水是甲烷燃烧的副产物之一，而传统催化剂在有水存在的情况下表现很是糟糕，结果引发了“燃烧更清洁的燃料 ≠ 污染物去除效果就更优”的矛盾。