近日，韓國KAIST生命化學(xué)工學(xué)院李賢周（音譯）教授與浦項(xiàng)工科大學(xué)韓政宇（音譯）教授通過共同研究，開發(fā)出可用于汽車尾氣凈化的分散度100%的銠集合體催化劑。此次研究得到了韓國研究財團(tuán)先導(dǎo)研究中心汽車超低排放業(yè)務(wù)團(tuán)的大力支持。
與汽車尾氣凈化現(xiàn)有的柴油氧化催化劑相比，新開發(fā)的催化劑在50度的低溫條件下也可實(shí)現(xiàn)100%的轉(zhuǎn)化。與現(xiàn)有的單原子催化劑、納米粒子催化劑不同，集合體催化采用了金屬集合體位點(diǎn)(ensemble site)的理念，有望廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
此次研究成果已經(jīng)刊載于化學(xué)領(lǐng)域的國際權(quán)威雜志《Journal of the AmericanChemical Society》（JACS，美國化學(xué)學(xué)會雜志），論文名稱《Fully Dispersed Rh Ensemble Catalyst to Enhance Low-Temperature Activity》（提高低溫活性的全分散性銠集合體催化劑）在各種不均勻系催化劑中，貴金屬催化劑的活性較高，得到了廣泛應(yīng)用。不過，貴金屬稀缺，而且最大化提升使用效率也是極為重要的。單粒子催化劑可以參與所有金屬原子的催化劑反應(yīng)，應(yīng)用廣泛，但由于金屬原子獨(dú)立存在，在集合體位點(diǎn)的催化劑反應(yīng)中不能發(fā)揮自身的作用。
另一方面，丙烯和丙烷等烴類物質(zhì)是汽車尾氣的典型污染物，必須通過催化劑氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水后排出。必須破壞碳碳和碳?xì)滏I后，烴類物質(zhì)才能發(fā)生氧化反應(yīng)，因此，為了進(jìn)行催化劑反應(yīng)，必須確保金屬集合體位點(diǎn)。
單原子催化劑沒有脆化烴類氧化反應(yīng)的性能，納米粒子催化劑的金屬分散度低，因而低溫脆化性能下降。為了解決這些問題，研究小組開發(fā)出分散度為100%的銠集合體催化劑，并用于汽車尾氣凈化反應(yīng)。由于分散度高，所有金屬原子可以覆蓋于表面，并參與反應(yīng)。盡管單原子催化劑也具有相同的特性，但集合體催化劑還存在兩個原子以上的集合體位點(diǎn)，因此，在一氧化碳、一氧化氮、丙烯和丙烷等污染物的氧化反應(yīng)中都呈現(xiàn)出優(yōu)秀的低溫脆化性能。
值得一提的是，相比商用的柴油氧化催化劑(DOC，diesel oxidation catalysts)，銠集合體催化劑的活性和耐用性更高，有望提升汽車尾氣的凈化能力。
李賢周教授表示，此次開發(fā)的催化劑與現(xiàn)有的單原子催化劑和納米粒子催化劑不同，采用了全新的金屬催化劑理念，具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價值，在汽車尾氣凈化催化劑領(lǐng)域的潛力巨大。
