Современные автомобили используют каталитические нейтрализаторы для удаления окиси углерода, углеводородов и других вредных химических веществ из выхлопных газов.
Для этого они полагаются на дорогостоящие металлы, обладающие особыми химическими свойствами, эффективность которых со временем снижается. Доцент Маттео Каргнелло и кандидат в доктора Эммет Гудман недавно возглавили команду, которая предложила новый способ снижения стоимости и продления срока службы этих материалов, решая проблему, которая раздражала автомобильных инженеров в течение многих лет. В процессе работы Карнелло и его коллеги сделали нечто замечательное: сделали прорыв в зрелой области, где изменения происходят медленно, если вообще происходят.
Что насчет каталитических нейтрализаторов которых нужно улучшить?
Замена катализатора на новый может стоить 1000 долларов и более, что делает его одним из самых дорогих отдельных компонентов на любом автомобиле. Они являются дорогостоящими, поскольку используют дорогие металлы, такие как палладий, для ускорения химических реакций, которые очищают выхлопные газы. Палладий стоит около 50 долларов за грамм — больше, чем золото — и каждый каталитический нейтрализатор содержит около 5 граммов. Такие металлы, как палладий, являются катализаторами — особым классом материалов, которые ускоряют химические реакции, но не изменяют себя химически. Теоретически, катализаторы могут использоваться снова и снова, до бесконечности. Однако на практике производительность катализаторов со временем ухудшается. Чтобы компенсировать это, мы вынуждены использовать больше этих дорогих металлов заранее, что увеличивает стоимость. Наша цель — лучше понять причины этой деградации и способы противодействия ей.
Почему катализаторы портятся?
В идеале катализаторы должны быть разработаны таким образом, чтобы иметь максимально возможную площадь поверхности, способствующую наибольшему числу химических реакций. Таким образом, производители обычно распространяют много мелких частиц по поверхности нового каталитического нейтрализатора. Из исследований мы знаем, что со временем атомы металла начинают двигаться, образуя все более крупные частицы, которые имеют меньшую площадь поверхности и, следовательно, становятся менее эффективными. Мы называем этот процесс комкования «спеканием». Чтобы противодействовать спеканию, производители используют чрезмерное количество металла, чтобы преобразователь соответствовал нормам выбросов для 10- или 15-летнего срока службы автомобиля. Наша команда обнаружила, что спекание — не единственная причина дезактивации. Фактически, этот новый механизм дезактивации оказывается совершенно противоположным спеканию. При некоторых обстоятельствах вместо того, чтобы частицы становились больше, они разлагаются на более мелкие частицы и в конечном итоге превращаются в отдельные атомы, которые по существу неактивны. Это новое понимание, которое, как мы полагаем, никто не представил раньше,
Что мы можем сделать, чтобы катализаторы работали дольше?
Наши исследования показывают, что, если мы тщательно контролируем состояние автомобиля и топлива, мы долгое время не будем знать о проблемах с является увеличенным расходом топлива, снижением мощности двигателя и плавающими оборотами на холостом ходу.
