探秘 CO 对醇类氧化影响：助力低碳燃料减排，解锁商用车尾气净化新路径

为解决醇基净零碳燃料用于柴油发动机时需满足排放标准的问题，研究人员以 Pt 柴油氧化催化剂（DOC）等为对象，研究 CO 对醇类氧化的影响。结果表明 CO 抑制低温甲醇氧化，与乙醇有相互抑制作用。这为优化尾气处理提供依据。

　　在全球致力于减少温室气体排放的大背景下，交通运输领域成为了关键战场。在美国，交通运输部门排放的温室气体占比颇高，2022 年因化石燃料燃烧产生的 CO₂排放中，该领域占比达到 37.4% 。对于轻型车辆而言，实现电动化是减少温室气体排放的有效途径。然而，重型运输车辆，如长途货运卡车、火车、船舶等，以及非道路车辆，由于行驶距离长、偏远地区充电基础设施匮乏以及高功率需求等因素，难以通过电动化来解决排放问题。

于是，氢、绿氨、绿甲醇和乙醇等净零碳燃料或低生命周期碳燃料进入了人们的视野。这些燃料凭借 CO₂捕获、生物质转化等生产技术，有望大幅削减重型运输和非道路车辆的温室气体排放。但目前，中重型领域的先进发动机多依赖柴油，且在贫燃条件下运行，依靠柴油氧化催化剂（DOC）处理尾气以满足排放法规。

不过，新的问题又接踵而至。研究发现，甲醇和乙醇在商业 Pt 和 Pd+Pt DOC 上于 200°C 以下氧化时，会分别产生大量甲醛和乙醛。这意味着使用这些醇基燃料的发动机可能会排放有毒且致癌的醛类物质。而发动机尾气中含有的 CO，也可能影响未燃烧燃料的转化，导致未燃烧燃料和醛类排放增加，尤其是在低温情况下。虽然此前有研究涉及 CO 对甲醇氧化的抑制作用，但在实际柴油发动机尾气条件下的研究并不全面；对于乙醇氧化，CO 和乙醇在湿条件下氧化时的相互影响也鲜见报道。

为了深入探究这些问题，研究人员开展了一系列研究。虽然文中未明确研究机构，但研究人员选用了三种老化的商业氧化催化剂，即 Pt 柴油氧化催化剂（Pt DOC）、Pd+Pt 柴油氧化催化剂（Pd+Pt DOC）和 Pt 氧化催化剂（Pt OC），利用自动流动反应器和原位漫反射傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）技术，在模拟真实的合成尾气条件下，研究 CO 对醇类氧化的影响。

在研究中，研究人员用到了自动流动反应器和原位漫反射傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）技术这两个主要关键技术方法。自动流动反应器用于模拟真实的发动机尾气环境，让研究人员能够在可控的条件下观察醇类和 CO 的氧化反应过程；原位漫反射傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）技术则可实时监测催化剂表面的反应中间体和反应过程，为研究提供了重要的微观信息。

甲醇氧化研究

研究人员对老化的 Pt DOC、Pd+Pt DOC 和 Pt OC 进行合成尾气流动反应器实验。在 Pt OC 上，甲醇有着与 Pt DOC 类似的陡峭起燃曲线，这表明在这种催化剂上甲醇氧化活性较高，能在相对较窄的温度区间内快速起燃反应 。

CO 对甲醇氧化的影响

通过原位漫反射傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）技术对三种催化剂依次进行醇和 CO 引入实验，发现直到达到 CO 氧化阈值温度之前，CO 都会抑制低温甲醇氧化。这一结果说明，在尾气温度未达到一定值时，CO 的存在会阻碍甲醇的氧化反应，导致甲醇不能及时被转化，进而可能造成排放超标。

CO 与乙醇的相互作用

在研究 CO 与乙醇的共氧化过程中，发现二者存在相互抑制作用。同时，乙醇部分氧化生成的稳定中间体乙酸盐，会使 Pt DOC 和 Pt OC 上的 CO 氧化向更高温度转移；而预先暴露 CO 则会抑制乙酸盐的形成。不过，在 Pd+Pt DOC 上，乙醇和 CO 共氧化时，CO 氧化发生在较低温度。这表明不同的催化剂对 CO 和乙醇的氧化反应有着不同的影响，Pd+Pt DOC 在促进 CO 低温氧化方面表现出独特的性能。

研究人员通过实验得出结论：CO 对甲醇氧化存在抑制作用，且与乙醇在氧化过程中相互抑制，乙醇氧化产生的乙酸盐等中间体会影响 CO 氧化，不同催化剂上这些相互作用的表现各异。这一研究成果意义重大，为优化柴油发动机尾气处理系统、开发更高效的氧化催化剂提供了理论依据。通过深入了解 CO 与醇类氧化的关系，有助于研发出能更好适应复杂尾气环境的催化剂，从而降低使用醇基净零碳燃料发动机的醛类排放，推动净零碳燃料在重型运输和非道路车辆领域的广泛应用，为实现交通运输领域的低碳排放目标提供有力支持。该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上，为相关领域的研究开辟了新的方向，有望引导更多科研人员关注尾气净化和低碳燃料应用的问题，进一步推动该领域的发展。