贵金属节约的稀燃汽车尾气净化纳米结构新催化剂研究

NOx储存-还原（NSR）催化技术是新一代高燃油效率贫燃汽车尾气净化的关键技术，贵金属用量大和热稳定性不足是其实现实际应用的瓶颈所在。本申请围绕着贵金属节约、抗烧结的NSR催化剂的制备及其对催化作用规律的认识，在本研究组前期工作基础上，制备尺寸不同的ZrO2-Al2O3、La2O3-Al2O3、ZrO2或La2O3包覆Al2O3 （Al2O3@ ZrO2和Al2O3@ La2O3）纳米结构；系统研究以这些纳米结构材料为"载体"的Pt-BaO催化剂体系的"载体"氧化物尺寸、表面酸碱性等物化性质对Pt、BaO物种的粒径、形貌及其中各组分接触界面的结构与性质的影响规律；揭示可能存在的"纳米尺寸效应"及Pt含量对NSR 过程中关键化学步骤（如富氧阶段NO氧化生成NO2与NO2储存，富燃阶段NOx释放及其还原等）产生调控作用的化学本质，为创制低Pt含量NSR 纳米结构催化剂提供科学依据和技术储备

NOx储存还原（NSR）催化技术是解决高燃油效率稀燃汽车尾气净化问题的关键技术之一，但是，处于该技术核心的NSR催化剂（通常为Pt-BaO/Al2O3）热稳定性不足且Pt含量大，导致NSR技术成本高昂，限制了其产业化应用。本申请围绕着贵金属节约、抗烧结的NSR 催化剂的制备及其催化作用规律的认识，通过改变载体Al2O3的预焙烧温度（PCT）来调变Al2O3的纳米尺寸和表面性质，发现Pt-BaO/Al2O3对NSR过程的催化性能与Al2O3载体的PCT呈现火山型关系曲线，而以PCT 为 800 oC的具有最高gama-Al2O3晶相XRD衍射强度和表面Lewis酸中心密度的Al2O3为载体制得的Pt-BaO催化剂表现出最高的NSR性能，揭示出通过改变Al2O3载体中gama-Al2O3晶粒表面酸性位密度调节Pt和BaO颗粒之间的平均距离，进而实现对Pt和BaO之间协同作用进行优化的调控策略。为进一步发展非Pt 的NSR催化剂，我们研究了钙钛矿型氧化物与Al2O3（汽车尾气净化催化剂蜂窝状载体涂层的主要成分）的相互作用对其NOx储存性能的影响规律。发现通过调控钙钛矿氧化物与Al2O3之间的相互作用能获得高性能的（钙钛矿+Al2O3）NOx储存材料，其中(BaFeO3+Al2O3)样品的NOx储存量可达到BaFeO3的1.5~2.0倍，为常规Pt-BaO/Al2O3催化剂NSC的约10倍。通过向(BaFeO3+Al2O3)中引入金属催化功能，我们发现了基于(BaFeO3+Ag/Al2O3)的非铂NSR催化剂，其在300 oC时，还原NOx 生成N2的选择性可高达96.2%，而此时NO储存量仍保持在0.24 mmol/g，优于传统的Pt-BaO/Al2O3在同等反应条件下的反应数据。本课题的研究结果丰富了对Pt-BaO催化体系结构-性能关系的认识，并揭示出一种基于BaFeO3-Al2O3相互作用创制非Pt的（BaFeO3+Ag/Al2O3）NSR催化剂的新方法，对于设计贵金属节约甚至不含贵金属的汽车尾气催化剂具有重要的启示意义。