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Q&A: How the catalytic converters in cars go bad and why it matters

一种新的方式来安排在排气系统中的这一部分辛勤工作的原子可以降低汽车发动机控制污染的成本。

Exhaust coming out of a car

排出的废气从你的车是有害由于催化转换器的工作量少。 |路透社/法布里奇奥Bensch

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这样做,他们依靠的是具有有效性随着时间的推移减少特殊化学性质昂贵的金属。助理教授 利玛窦cargnello 和博士生埃米特·古德曼近日率领一个团队, 提出了一种新的方式 降低成本和延长这些材料的寿命,解决了困扰了汽车工程师多年的问题。在这个过程中,cargnello和他的同事做了一些显着的:在变化是缓慢,如果在所有成熟的领域取得了突破性进展。

大概需要催化转换器,有待改进?

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为什么催化剂变坏?

理想情况下,催化剂应被设计成具有最大的表面积可以促进化学反应的最大数量。因此,制造商通常散布了许多小颗粒新的催化转化器的表面上。从过去的研究中我们知道,随着时间的推移,金属原子开始移动,形成越来越大的颗粒,提供更少的表面积,从而变得不那么有效。我们称这个过程聚集“烧结”,以抵消烧结,制造商使用的金属过量,使转换器将满足汽车的10年或15年的寿命排放标准。我们的团队已经发现,烧结是不是失活的唯一原因。事实上,这种新的失活机理原来是烧结的完全相反。在某些情况下,反而越来越大的颗粒,它们分解成更小的粒子,并最终成为单原子本质上属于无效。这是一个新的认识,我们相信没有人提出之前,它促使我们寻找一种全新的方式,以最大限度地提高催化转化器的金属的寿命和性能。

我们能做些什么,使催化剂的使用寿命更长?

我们的研究表明,如果我们仔细地控制了体积和金属颗粒之间的间距,钯粒子既不烧结成大的团块,也分解成单个原子。以前,很多人在催化界认为,如果你想使颗粒稳定的,你必须让他们尽可能远离,能够防止微粒的迁移。我们混淆这个概念的汇集,在一种新的方式研究降解协作的团队。艾伦·约翰斯顿啄从标准,采用先进的显微技术研究所,以帮助可视化的单原子的存在。西蒙从SLAC国家加速器实验室裸使用x射线技术来证明催化材料开始作为颗粒,并最终作为单一原子。把这些实验结果的理论框架,我们的工作从suncat中心从技术的德国卡尔斯鲁厄理工学院界面科学和催化和SLAC,和菲利普plessow坦率abild - 佩德森。他们的计算资源来帮助我们模拟停止机构在原子尺度。最后,我们提供了科学依据,可以使人们有可能同时使用更少的贵金属和降低催化转化器的成本保持减少污染。如果汽车工程师最终确认和落实这些研究结果,这将是从长远来看对消费者一个巨大的胜利。

这项工作是由美国支持能源部的 suncat中心界面科学和催化中, 有一台电脑怎么挣钱 和 SLAC国家加速器实验室.