科学家们发现了一种经济实惠的方法，通过提高氢内燃机催化转换器的效果来减少污染。他们的研究表明，向催化转换器中添加铂金，并结合一种称为Y沸石的高度多孔物质，可以显著增强氮氧化物与氢之间的化学反应。这一过程将有害的氮氧化物转化为无害的氮气和水蒸气。
氢动力内燃机在应对气候变化方面具有很大潜力，因为它们能够提供强大的动力而不释放对全球变暖有贡献的碳。
它们能够操作重型卡车和公交车，适用于农业机械和备用发电机，为传统柴油发动机提供了更清洁的替代方案。
然而，它们并不是完全环保的，因为它们在高温燃烧过程中释放氮氧化物。这些氮氧化物可以与其他大气化合物相互作用，产生危险的臭氧和细微颗粒污染物，这可能危害呼吸健康并导致慢性病。
幸运的是，来自加州大学河滨分校的科学家们发现了一种成本效益高的减排技术，通过改善催化转换器的性能来减少氢发动机的污染。
根据发表在《自然通讯》期刊上的研究结果，研究团队观察到，加入铂金与Y沸石结合可以显著提高氮氧化物与氢转化为无害物质（如氮气和蒸汽）的效率。
研究显示，在250摄氏度的温度下，使用沸石时氮氧化物转化为无害产品的速率比传统催化转换器提高了四到五倍。这种新系统在较低温度下特别有效，这对减少发动机在初步启动并仍处于冷却状态时的污染至关重要。
此外，这项创新技术还可以帮助减少使用氢注入系统的柴油发动机的排放，正如首席作者、加州大学河滨分校土木与环境工程副教授刘富东所解释的那样。氢注入过程将类似于大型柴油卡车中使用的选择性催化还原系统。
沸石是成本效益高的材料，具有独特的晶体排列，主要由硅、铝和氧组成。它们广泛的表面积和三维笼式结构使其在降解污染物方面非常有效。
通过将铂金和Y沸石结合—宽泛沸石家族中的一种合成变体—研究人员创造出能够捕获氢燃烧过程中产生的水的系统。这种富水环境促进了氢的激活，而氢的激活对提高氮还原效率至关重要。
加州大学河滨分校的研究科学家、该研究的首席作者谢国华指出，虽然沸石本身不是催化剂，但它通过创造一个富水环境显著提高了铂金催化剂的有效性。这一理论得到了博士生刘丽平和弗吉尼亚理工大学副教授辛洪亮进行的理论建模的进一步支持。
“这种方法也可以应用于不同类型的沸石，”谢提到。“这是一种多功能的方法。”
刘强调，减少污染的方法非常简单。
“我们不需要复杂的化学或物理过程，”刘说。“我们只需将这两种材料—铂金和沸石—混合，进行反应，并观察活性和选择性的提高。”
加州大学河滨分校的刘、谢和叶凯龙混合了Y沸石和铂金粉末，并与新泽西州艾斯林的巴斯夫环境催化剂与金属解决方案（ECMS）的合作科学家李跃金共享。这种混合物被转化为一种粘稠的液体浆料，加上粘合剂，并涂布于原型催化转换器的蜂窝结构上。他们还与位于纽约阿普顿的布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源II（NSLS-II）的科学家合作。
刘和谢预计，作为该研究的资助方，巴斯夫将会商业化这项技术，这项技术目前正在申请专利中。
“我们为我们的工作感到骄傲，”谢说。“我们设计了一种旨在控制氮氧化物排放的新技术，我们相信这是一项令人印象深刻的解决方案。”
