블로그

Aug 06, 2023

UCF 연구원들은 촉매 변환기의 귀금속 양을 줄이기 위해 노력하고 있습니다

백금, 팔라듐, 로듐과 같은 귀금속을 촉매로 사용

촉매 변환기에 포함된 백금, 팔라듐, 로듐과 같은 귀금속은 도둑들에게 차량 장치를 매력적으로 만듭니다. 그러나 센트럴 플로리다 대학의 연구자들은 차량 장치에 필요한 귀금속의 양을 단일 원자까지 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 그들의 효율성.

1970년대 미국 차량에 널리 도입된 촉매 변환기는 귀금속을 촉매로 사용하여 연소 엔진 배기가스에서 치명적이고 유해한 화학 물질을 제거하는 데 도움을 줍니다. 귀금속 가격이 계속 오르면서 촉매 변환기 도난 사건도 늘어나고 있습니다.

Nature Communications와 Journal of the American Chemical Society에 게재된 최근 연구에서 UCF 연구원은 각각 원자 백금을 사용하여 오염 물질을 제어하고 시스템을 더 낮은 온도에서 작동할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 차량이 처음으로 유해 화학 물질을 제거하는 데 중요합니다. 시작합니다.

백금 원자 위치 미세 조정

Nature Communications 연구에서 토목, 환경 및 건설 공학과 조교수 Fudong Liu와 물리학과의 저명한 페가수스 교수 Talat Rahman이 이끄는 UCF 연구팀은 서로 다른 원자 배위 환경을 가진 백금 단일 원자를 성공적으로 구축했습니다. 세리아의 특정 위치에서. 세리아는 촉매 반응 성능을 향상시키는 데 도움이 되는 금속 산화물입니다.

Liu와 Rahman은 REACT(재생 에너지 및 화학 변환을 위한 촉매 클러스터)에도 참여하고 있습니다.

백금 원자는 디젤 엔진 배기가스 후처리 시스템에서 일산화탄소 산화 및 암모니아 산화와 같은 촉매 반응에서 놀랍도록 뚜렷한 거동을 보였다고 연구진은 말했습니다.

산화는 치명적인 일산화탄소를 이산화탄소로, 유해한 암모니아를 질소와 물 분자로 변환합니다.

그들의 결과는 단순하고 산업적으로 확장 가능한 전략을 통해 국지적 배위 구조를 최적화함으로써 표적 반응에서 단일 원자 촉매의 촉매 성능이 최대화될 수 있음을 시사한다고 Liu는 말했습니다.

"전자 구조 계산과 최첨단 실험을 ​​결합함으로써 Liu와 Rahman 팀은 환경 및 에너지 관련 요구 사항을 모두 충족하는 고효율 단일 원자 촉매를 설계하는 데 있어 이종 촉매 커뮤니티에 큰 이점을 줄 수 있는 획기적인 발전을 이루었습니다." 말한다.

"우리는 다양한 표적 반응에서 만족스러운 촉매 성능을 달성하기 위해 백금 단일 원자의 국지적 배위 환경을 선택적으로 미세 조정하는 손쉬운 전략을 성공적으로 개발했습니다. 이는 단일 원자 촉매 작용에 대한 이해를 중요한 진전으로 이끌 것입니다."라고 그는 말했습니다.

Rahman은 그들의 공동 작업이 이론과 실험이 함께 작동하여 어떻게 촉매 활성과 선택성을 향상시키는 역할을 하는 미세한 메커니즘을 밝힐 수 있는지를 보여준다고 말했습니다.

효율적인 일산화탄소 산화 촉매

미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society) 연구에서 Liu와 버지니아 공대 및 베이징 공과 대학의 공동 연구진은 백금-세리아-알루미나 촉매의 일산화탄소 정화 효율을 정기적으로 사용되는 백금 촉매에 비해 3.5~70배까지 크게 향상시켰습니다.

그들은 산업적으로 이용 가능한 세리아-알루미나 지지체에서 원자 수준에서 백금의 배위 구조를 정밀하게 제어함으로써 이를 수행했습니다.

촉매 내 활성 부위의 국지적 구조가 촉매 성능을 결정한다고 Liu는 말했습니다. 그러나 활성 부위의 국지적 조정 구조를 정밀하게 제어하고 고유한 구조-성능 관계를 규명하는 것은 이종 촉매 분야에서 큰 과제입니다.”

"우리는 원자 수준에서 금속 부위의 국소 배위 구조를 제어하고, 환경 정화 관련 반응에서 고효율 촉매를 개발하고, 미래 촉매 설계를 안내하기 위해 새로 제조된 촉매의 구조-성능 관계를 밝히기 위해 노력했습니다." 말한다.