研究人员开发出新催化剂 使天然气发动机排放物更清洁

据外媒报道，研究人员开发出一种新的催化剂。该催化剂采用独特的、原子大小的钯（Pd）氧化物“阀”，可与单个铂原子结合在一起，因此能够有效净化天然气，并使催化反应更能耐受水蒸气，从而减少排放的未燃烧甲烷量。通过采用该催化剂，天然气发动机排放物可以变得更加清洁，因此更适用于卡车、越野车和设备动力系统。

虽然天然气发动机比汽油或柴油发动机更清洁，如二氧化碳排放量减少约25%且颗粒污染更少，但由于其废气催化转化器在低温下效率不高，排放物中会含有未燃烧的甲烷。与当前技术相比，采用最新催化剂之后的反应速率明显提高。

华盛顿州立大学Voiland特聘教授、论文通讯作者之一Yong Wang表示：“能源效率的提高必须与后处理技术齐头并进。目前，从甲烷燃烧发电还不能使用最高效的燃烧技术。因此，尽管该方法有效，但仍有进一步提高效率的空间。”

虽然在美国的应用不是很广，但天然气发动机在其他国家的使用较为普遍，尤其是中国、伊朗和印度。由于天然气发动机的污染比柴油发动机低，因此被广泛用于城区的卡车和公共汽车。此外，天然气发动机还用于天然气行业，以运行数以千计的压缩机，将天然气泵送到人们的家中。

然而，这些以天然气为动力的车辆会排放未燃烧的甲烷，因为废气催化转化器在低温下效率不高。发动机工作效率越高，燃烧越清洁，排气温度就越低，催化剂在清除污染物方面的性能就越差。而发动机中未燃烧的甲烷是一种强效温室气体，比二氧化碳严重约25倍，会引起气候变化。

此外，甲烷燃烧的副产品之一是水，而传统催化剂在有水存在的情况下工作时表现不佳。更清洁的燃烧燃料最终会在去除污染物方面发挥作用。与通常使用的由氧化钯纳米粒子制成的催化剂相比，研究人员开发的筏子对水蒸气具有更好的耐受性，并具有更高的反应性。

UNM化学与生物工程系教授、论文通讯作者之一Abhaya K. Datye表示：“强结合的铂（Pt）可以作为添加金属原子的成核位点。使用捕获的Pt原子，我们能够证明Pt以及Pd氧化物二维筏的形成，改变了活性相的氧化态和反应性。”

UNM化学与化学生物学系教授Hua Guo表示：“我们的理论计算表明，筏子不容易解离水，从而抑制了水中毒在甲烷氧化催化中的不利影响。”