Pd/Al2 O3 催化剂上NO/H2 反应路径与动力学模型：氢内燃机尾气被动SCR技术的关键突破

为解决氢内燃机(HICE)尾气NOx 高效净化难题，中国研究人员针对被动选择性催化还原(SCR)技术中NO/H2 反应网络开展系统研究。通过设计Pd/Al2 O3 催化剂实验，揭示了NH3 和N2 O的生成-消除路径，建立能预测复杂产物选择性的动力学模型，为无尿素喷射的HICE后处理系统开发提供理论支撑。

　　

在全球碳中和背景下，氢内燃机(HICE)因其零碳特性和高可靠性备受宝马、康明斯等企业青睐。然而其燃烧温度高达2000°C，导致尾气中NO_x
浓度可达数千ppm。传统尿素SCR需额外储罐增加成本，而H₂
-SCR又受限于贫燃条件效率低下。被动SCR技术通过周期性富燃-贫燃切换，利用H₂
原位生成NH₃
实现NO_x
净化，但产物选择性调控机制不明成为技术瓶颈。

针对这一挑战，中国研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，采用1 wt% Pd/Al₂
O₃
催化剂，通过程序升温反应和变空速实验解析NO/H₂
反应网络。运用质谱和色谱联用技术定量产物分布，结合动力学建模揭示关键路径。

Determination of the reaction network
实验发现NO转化率呈"火山型"曲线：200°C时NH₃
选择性达80%，而300°C以上N₂
O成为主要副产物。当H₂
/NO比从1.03降至0.34时，NH₃
产率骤降50%，证实H₂
量直接调控氮物种价态转化。

Kinetic modeling
建立的动力学模型包含7个基元反应，首次量化了NH₃
参与NO次级还原生成N₂
O的路径。模型预测与实验数据误差<5%，成功复现不同空速下N₂
O"先增后减"的动态特征。

Conclusions
研究阐明Pd活性位上NH₃
生成与N₂
O消除的竞争机制：低温下Pd-H物种促进NO→NH₃
，而高温时表面氧空位诱发NH₃
+NO→N₂
O。该成果为开发无尿素HICE后处理系统提供关键理论依据，模型已应用于SCR催化剂组分优化，预计可降低20%氢耗。