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日本NIMS开发新型汽车尾气处理催化剂

| 2021-03-15

 

日本NIMS国立材料科学研究所(National Institute for Materials Science)新近开发出一项催化剂技术,通过形成球形壳式催化剂来防止金属基催化剂发生热聚集反应。新产品的尾气处理能力十倍于传统金属基催化剂,并且由于杜绝受热聚集现象,使用寿命也大为延长。

新型催化剂被称为“金属细胞”,以直径0.01mm左右的尺寸形成球状。在其表面有孔径0.001mm级别的微小透孔(通道),用于气体进出。尾气在“金属细胞”的“壳”内受催化剂作用氧化分解。大部分常见催化剂在高温下因发生热聚集现象而失效。而新型催化剂则得益于“薄壳”保护,即便处于热聚集的临界点也不会丧失效力。其尾气处理效果较现有催化剂显著延长。

现有催化剂单位体积催化效果相对较低,由于热聚集现象的存在,其实用效果还有可能进一步降低。为提高尾气处理能力,催化剂往往需要添加铂、钯、铑(都属于铂系金属)等金属。但这些贵金属价格高昂,并且地球总储量较少。

“金属细胞”催化剂则通过特殊的处理工序来提升效用。首先,常温常压条件下,在酒精溶剂内铂金属覆盖层与商用聚苯乙烯微粒发生化学还原反应,形成沉淀。接下来,溶液在空气条件下加热,直至温度升高到500°C,聚苯乙烯全部挥发,这样铂金属覆盖层表面便形成微小透孔,也就是所谓的“金属细胞”。

这次产品设计中,NIMS在“金属细胞”保护薄壳层与催化剂本身中都是用了铂材料,不过壳层也有可能是用诸如铁等其他高强度廉价金属材料,而催化剂的金属基体也可以采用铑等其他铂系金属。

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