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研究人员开发电催化低温燃烧策略 以减少汽车尾气中的碳烟颗粒排放

据外媒报道,研究人员开发了一种电气化策略,以导电金属氧化物为催化剂,降低碳烟燃烧温度。本项研究由中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)张健教授和济南大学(Jinan University)张昭良教授的团队共同完成。

碳烟颗粒排放会引发严重的健康和环境问题。为了减少此类排放,催化碳烟燃烧是最有效的后续处理技术。然而,在交通过程中,市区柴油车经常怠速,排气温度只有100-200℃。就催化碳烟燃烧而言,这样的温度太低了。

为了在低温下实现碳烟燃烧,NIMTE和济南大学的研究人员设计了一种电气化策略,选用典型的导电金属氧化物作为催化剂,这些氧化物具有优良的抗氧化性和导电性。据介绍,在低于75℃的情况下,混合物中53%的碳烟在几分钟内就被燃烧了。其燃烧性能远优于传统的热催化碳烟燃烧,一般为T50(50%碳烟转化的温度)高于300℃。因此,电气化策略对接触条件的依赖性,比传统热过程要弱得多。

在能源需求方面,电气化过程比热力过程消耗的能源要少得多,节能率为一到两个数量级。此外,还阐明了两种关键性能机理,即催化剂中晶格氧的电驱动释放,是碳烟在低温下快速着火的原因;而导电催化剂与碳烟颗粒之间的相反静电流态化反应,则提高了催化剂与碳烟的接触效率。

这种电气化过程在碳烟燃烧点火温度方面取得了突破性进展,为解决所有汽车尾气低温后处理这一普遍性问题提供了前瞻性策略。该策略有望通过车载电力系统集成到汽车设计中,尤其是混合动力汽车。

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