Эффективность высокоактивных катализаторов на основе оксида марганца в окислении оксида углерода при комнатной температуре

Окись углерода (CO) — это высокотоксичный газ, который образуется при частичном окислении углеродсодержащих соединений и выбрасывается в атмосферу. CO связывается с гемоглобином в клетках крови и преобразуется в карбоксигемоглобин, тем самым снижая способность человеческого организма переносить кислород. Каталитические нейтрализаторы используются в автомобилях для снижения выбросов токсичных газов из двигателей внутреннего сгорания. Катализаторы в каталитических нейтрализаторах включают восстановительные катализаторы и окислительные катализаторы. Основная реакция HC и в выхлопных газах — окисление, конечным продуктом является CO2 H2O; в то время как реакция NOx — восстановление, конечным продуктом является N2.

При любых условиях катализатор присутствует в керамическом монолите и покрыт металлическим носителем. Каталитическая реакция — это реакция между поверхностью катализатора и оставшимися газами в выхлопных газах автомобиля. Производительность каталитического нейтрализатора во многом зависит от типа используемого катализатора. Под действием катализатора скорость химической реакции ускоряется, и катализатор действует как агент, который снижает энергию активации реакции. Низкотемпературное каталитическое окисление оксида углерода необходимо для всех видов жизнеобеспечения в закрытых средах, таких как подводные лодки и космические корабли.

Металлы платиновой группы (МПГ) чаще всего рассматриваются как элемент автомобильных каталитических нейтрализаторов, но из-за роста стоимости драгоценных металлов большое внимание привлекло использование катализаторов на основе оксидов переходных металлов (ТМО) для каталитической конверсии оксида углерода. Среди катализаторов оксид марганца (MnOx) является новым типом смешанного оксидного катализатора, химию поверхности которого можно рассматривать аналогично эффективным оксидным катализаторам.

Разработка недорогих, экологически чистых и эффективных катализаторов окисления оксида углерода с долговременной механической и химической стабильностью получила широкое внимание. Оксид марганца является экологически чистым и недорогим катализатором окисления оксида углерода.

В оксидах марганца различные поверхностные структуры связаны с поверхностной энергией соединения и влияют на его химические свойства. Поверхность MnOx сильно зависит от координации катионов металла и анионов кислорода, что изменяет каталитическую активность этих соединений. Структурные дефекты катализатора MnOx тесно связаны с его каталитической эффективностью. Положение поверхностных ионов будет меняться из-за структуры. Когда Mn2O3 используется в качестве носителя, его степень окисления сильно изменяется. Он представляет собой роль восстановителя или окислителя. Кислородсодержащая емкость в решетке и способность марганца генерировать оксиды с различными степенями окисления определяют его каталитическую эффективность. MnOx имеет более высокую емкость хранения кислорода, а также более высокую скорость адсорбции кислорода и окислительно-восстановительного процесса и может использоваться для снижения общего количества CO в выхлопных газах. Mn2O3 реагирует с O2 с образованием MnO2, и на реакцию влияют концентрация кислорода и температура. Более высокие концентрации кислорода и более низкие температуры благоприятны для образования MnO2. Напротив, более низкие концентрации кислорода и более высокие температуры снижают скорость образования MnO2, и Mn2O3 постепенно образуется по мере протекания реакции. Успех катализаторов на основе оксида марганца привел к большому объему фундаментальной работы, посвященной использованию роли каждого элемента и свойств активного центра.

Кроме того, различные катализаторы могут существовать в различных кристаллических формах, и известно количество нестехиометрических соединений со смешанной валентностью, что еще больше усложняет их характеристику. Влияние размера частиц на каталитическую активность представляет большой интерес из-за его важности как для фундаментальных исследований, так и для практических приложений. Будущие исследования будут сосредоточены на разработке и использовании катализаторов на основе оксида марганца для улучшения селективности катализатора.

автор: Hazel

дата: 2025-06-11