燃状况燃烧时，硝酸盐分解形成NOx，然后NOx与CO、H2、HC反应被还原成N2。研究表明，NOx的存储能力与氧的浓度有关。氧浓度增加，NOx存储能力提高。当氧浓度达到1﹪以上时，NOx存储能力基本不变。此外，HC选择还原催化材料在富氧条件下也具有较好的催化活性。

2.2国内研究现状

我国汽车尾气污染控制是从上世纪80年代中期开始的，我国高等院校和院所在汽车尾气污染控制方面作了大量前期基础研究工作，并且研究开发了能够符合我国国情的汽车尾气控制有效的产品，为减少汽车尾气作出了贡献。

2.2.1 非贵金属催化剂的研究现状

我国许多研究工作者在1990年前后对非贵金属和稀土等混合氧化物为活性组分的汽车尾气净化催化剂进行了研究。通过组分特别是稀土元素合理搭配，可产生协同效应，具有良好的催化活性和一定的三效性能。

含稀土钙钛矿型催化剂研究是汽车排气催化剂领域的一个热门课题。我国科研人员在这方面作了很多研究。如1988年，王道等用浸渍法制备了一系列负载钙钦矿型

La(Cu,Mn,Co)O3/LaAlO3-Al2O3催化剂，并经实验研究表明其活性较高。1993年，许开立等还研制成净化柴油机尾气的钙钛矿型催化剂，活性优于Pt族贵金属催化剂，且具有强抗SO2抗积碳性能。顾其顺等研究成以陶瓷蜂窝涂活性氧化铝为载体，活性成分为稀土复合氧化物的,HR-1型催化剂。后又添加稀土元素稳定氧化铝涂层结构，是一种较好的三效催化剂。2001年，韩巧凤等用PFG法制备了钙钛矿LaMnO3纳米材料，并将其负载在涂有Al2O3的堇青石载体上作为净化汽车尾气的催化剂，研究发现纳米晶活性组分的分散度好、粒径小、表面积大，对汽车尾气催化效率比溶液制得的催化剂好。

2.2.2 贵金属催化剂的研究现状

鉴于贵金属催化剂Pt、Rh价格昂贵，资源十分短缺，Pd与之相比是较廉价及丰产的贵金属，使用Pd替代或部分替代Pt和Rh。国内研究者开展了以Pd为主要活性组分的研究及致力于改善制备工艺、添加助剂、用非贵金属代替部分贵金属以减少贵金属用量的研究。含钯催化剂最常用的助剂是稀土氧化物、碱土金属氧化物和过渡金属氧化物。黄传荣等对La-Co-Ce-Pd催化剂活性和热稳定性的研究表明稀土元素, La、Ce在催化剂表面的富聚和在活性氧化铝涂层中的存在，对其它活性组分特别是贵金属Pd起到分散、隔离和稳定的作用，使之不易迁移、煤结和流失，保证了催化剂良好的热稳定性。郭清华等在含Pd催化剂中涂层中添加Ce，Ba同样对Pd组分起到分散、隔离和稳定结构的作用，从而达到改善催化剂热稳定性的作用。另外也有对Rh及Ag催化剂的研究。负载Pd催化剂虽具有较高的催化活性和较好的低温活性，但抗烧结和抗硫中毒能力较差，特别是对NOx净化性能难以达到实用要求。

3 汽车尾气净化催化剂结构组成

汽车催化剂主要由四个部分组成：载体、高比表面的涂层、活性组分和助剂。

3.1 载体

催化活性组分要担载在高比表面的载体上,才能很好的发挥作用,载体的选择对催化剂活性有很大影响。早期的载体是以活性氧化铝、硅氧化镁、硅藻土为原料制得的颗粒物,表面积大,使用方便,但存在压力降和热容大、耐热性差、强度低和易破碎等缺点, 故80年代后逐渐被蜂窝陶瓷载体所取代。蜂窝陶瓷载体也叫作整体载体,由许多薄壁平行小通道构成整体, 具有气流阻力小、几何表面大、无磨损等优点。堇青石载体由于热膨胀系较低,抗热冲击性突出而被广泛用作汽车尾气催化剂的载体。目前所用的汽车催化剂的载体95%为蜂窝堇

青石陶瓷体,其原材易得、费用较低以及总体性能良好。另一种整体式载体是将Ni-Cr、Fe-Cr-Al或Fe-Mo-W等合金压成波纹状而制成的整体型合金载体,相比陶瓷蜂窝载体有更高的热稳定性。目前这种金属载体主要用于对汽车尾气排放要求十分严格的国家,如日、美的出口汽车上。金属载体的使用对降低汽车排气阻力十分有利,明显改善了动力性能,提高尾气净化效率,同时延长了净化器的使用寿命。

3.2 高比表面的涂层(也叫第二载体)

活性涂层附着于载体的表面,它的作用是提供大的表面积来附着贵金属或其它催化成分。堇青石载体的比表面较低, 一般只有1m 2 /g左右, 须涂敷一层高比表面的涂层。涂层材料通常采用γ-Al2O3,它具有很强的吸附能力和大的比表面积,但在高温条件下会发生相变,转变为α-Al2O3,比表面积降低。为了抑制Al2O3 的相变,通常加入Ce、La、Ba、Sr、Zr等稀土元素或碱土元素氧化物作为助剂。

3.3 活性组分

尾气催化剂的活性组分可分为贵金属和非贵金属两种类型。

贵金属类以Pt、Rh、Pd最为常用。Pt组分在催化剂中主要起氧化CO和HC的作用,它对NO有一定的还原能力,但CO的浓度就较高或有SO 2 存在时, 它的效果没有Rh好。Rh组分是催化还原NOx的主要成分,在有氧时,得到唯一的还原产物N2;无氧时,低温下的主要还原产物是NH3,高温下的还原产物主要为N 2。此外,Rh对CO的氧化和烃类的水蒸气重整反应也有重要作用,Rh的抗毒型较Pt差。Pd组分主要用来转化CO和烃类,对于饱和烃类效果稍差,抗Pb、S中毒能力差,易高温烧结,与铅形成合金,但它的热稳定性较高, 起燃性好。汽车尾气三效催化剂中, 各种组分的作用是相互协同进行的。非贵金属活性组分主要以过渡元素氧化物及其尖晶石、钙钛矿结构复合氧化物为活性组分。但由于单组分氧化物耐热

性能差、活性低、起燃温度高,在使用上受到限制,一般采用多组分的配方和适当的制备技术。

3.4 助剂

助剂本身是一些没有催化作用或活性较低的添加物, 能大大提高催化剂的活性、选择性和寿命。CeO2 是汽车尾气净化催化剂最主要的助剂, 其主要作用有：贮存及释放氧；提高贵金属的分散性, 抑制贵金属颗粒与Al2O 3 形成无活性的固溶体；提高催化剂的抗中毒能力; 增加催化剂的热稳定性等。Summers和Ausen对铈和贵金属的相互作用进行了研究,在Al2O3担载的新鲜的Pd、Pt贵金属催化剂中,增加CeO2的量,Pt的表面分散性下降；而Pd的表面分散性与CeO2的负载量无关。

4 汽车尾气净化催化剂的发展方向

4.1 贫燃条件下的NOx 催化转化

贵金属三效催化剂只有在发动机的空燃比接近化学计量比(14.7/1)且使用无铅汽油时才能有效净化三种污染物CO、HC、NO x。当空燃比低于14.7时,处于富燃区,催化剂具有高还原性、低氧化性, CO和HC净化不完全；而高于14.7时处于贫燃区,尾气中氧含量较大,而CO和HC含量很低,催化剂具有高氧化性、低还原性, 不能有效还原NOx 。因此应开发贫燃条件下的新型汽车尾气净化催化剂已成为当前的研究热点,此种催化剂一旦研究成功,将在柴油发动机和贫油型汽油发动机的车辆上得到广泛应用。对已排放到大气中的NOx , 特别是大城市中峡谷式的街道和隧道等大气扩散条件较差的地带, 为了降低NOx浓度有人提出了利用TiO2光催化所具有的高氧化能力和还原能力,将TiO2 混在建筑材料中,涂在建筑物的外壁,再有O2 和H2O共存条件下,将氮氧化物变为NO 3-, 因为这种具有高活性的四配位结构的TiO2分子筛催化剂,经过注入金属离子后,TiO2催化剂能够有效的利用可见光和太阳光。