2月23日
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文章更新于18/02/20由克莱尔基尔南
这一发现将为“精益燃烧”汽车的采用扫清障碍
分子化学的一项发现可能有助于消除广泛使用柴油和其他节能的“稀燃”汽车发动机的障碍。美国能源部西北太平洋国家实验室的研究人员首次记录了用于排放控制装置的某些催化剂材料是如何构造的。
用氧化钡吸收氮氧化物
PNNL团队观察了氧化钡是如何附着在γ -氧化铝表面的。氧化钡是一种化合物，可以从尾气排放中吸收有毒的氮氧化物，通常被称为NOx。γ氧化铝是氧化铝的一种形式，用作催化剂材料的载体，如氧化钡，是排气系统的活性成分。
这一发现令人鼓舞，因为从分子和原子的细节上了解催化剂可以直接找到改进它们的新方法。
PNNL研究员Janos Szanyi说。
氧化钡附着在氧化铝上的方式表明了催化材料开始形成的确切位置，以及它们可以吸收NOx排放的位置。
精益燃烧发动机提供更好的燃油经济性
稀薄燃烧发动机提供高达35%的燃油经济性，因为他们混合更多的空气和汽油比标准的内燃机。但更高效的发动机无法满足严格的排放标准，因为目前的后处理设备不能有效减少氮氧化物的排放。在实现稀燃发动机的经济效益和环境效益之前，新的催化剂是必不可少的。
氧化铝-廉价的催化剂支撑材料
氧化铝是一种常见的、相对便宜的催化剂载体材料。它的表面结构、形成和热稳定性一直是许多研究的主题，但氧化铝颗粒太小，结晶性差，不适合传统的表面分析。研究人员使用世界上第一台900 mhz核磁共振光谱仪来揭示锚定行为。该仪器位于威廉R.威利环境分子科学实验室，美国能源部国家科学用户设施在PNNL。
科学家们知道，氧化铝中的铝离子可以与4个或6个氧离子结合。当水存在时，表面10%到15%的铝离子与6个氧离子结合:1个在氧化铝的下面，4个在表面的一个正方形，1个在上面，水分子中的一个氧离子。
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图1所示。PNNL的科学家们正在寻找更好的汽车排放处理方法，他们发现了潜在的催化剂材料是如何构建的。研究人员发现，在水的存在下，氧化铝表面的铝离子(灰色)与6个氧离子(红色)结合。加热除去水，只留下一些铝离子和5个氧离子。这为脱硝催化剂氧化钡创造了一个结合位点。
五配位铝离子
加热除去水，铝离子只剩下5个氧键。在这种“五配位”状态下，铝是开放的，可以与氧化钡结合。核磁共振谱仪的结果表明，催化剂填充了每一个可用的五配位，原子对原子。
该团队目前正在研究γ -氧化铝与其他金属和金属氧化物颗粒的相互作用，以确定五配位铝离子是否适合作为其他催化材料的键合位置。
致谢
美国能源部基础能源科学办公室、化学科学部资助了这项研究，该实验室的界面催化研究所为这项研究提供了便利。
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