Чтобы снизить вред, используют технологию NH3-SCR: аммиак вступает в реакцию с NOx и превращает их в безвредный азот и воду. Но есть проблема — современные стандарты выбросов (например, Китай VI и Евро VI) требуют, чтобы система очистки работала в паре с сажевым фильтром (DPF). Когда фильтр самоочищается, катализатор NH3-SCR нагревается до 750–800 °C, да еще и в присутствии водяного пара. Большинство катализаторов такие условия не выдерживают — теряют эффективность.

Ученые нашли решение. Они создали новый катализатор на основе церия, ниобия и олова (Ce1Sn2Nb1Ox) и проверили его в жестких условиях.

Результаты опубликованы в издании Engineering.

Оказалось, что олово — ключевой компонент:

• Катализатор сохраняет эффективность даже после нагрева до 1000 °C — более 90% NOx превращается в азот при 325–500 °C.
• Для сравнения: обычный катализатор Ce1Nb1Ox и коммерческий Cu-SSZ-13 после таких испытаний работают намного хуже.

Исследователи изучили структуру материала и выяснили, что олово:

• не дает кристаллам катализатора слипаться при нагреве,
• сохраняет активные центры, где идет реакция,
• стабилизирует ниобий, который играет ключевую роль в процессе.

Расчеты на квантовых моделях подтвердили: олово помогает церию и ниобию формировать устойчивые активные участки, которые не разрушаются даже при экстремальных температурах.

Это открытие — серьезный шаг к созданию долговечных катализаторов для дизельных авто. Теперь можно делать системы очистки, которые не боятся перегрева и соответствуют самым строгим экологическим нормам.

Ценность исследования в разных сферах

• Экология: если такие катализаторы внедрят массово, выбросы NOx сократятся даже в тяжелых условиях эксплуатации.
• Экономика: дизельные двигатели пока никуда не денутся — особенно в грузовиках и технике. Улучшение катализаторов продлит их жизнь без ущерба для экологии.
• Наука: механизм стабилизации ниобия и церия оловом можно применять и в других каталитических системах.

Заметим, что в статье нет данных о долгосрочных испытаниях в реальных двигателях. Нагрев в лаборатории — это одно, а постоянные циклы «разогрев-остывание» в выхлопной системе — другое. Возможно, через 50 000 км катализатор все же деградирует.

Ранее ученые разработали наночастицы для получения зеленого дизеля.