催化铜合金中单独的钯可降低汽车尾气中的一氧化氮

单独的钯原子分散在铜中可以在低温下降低一氧化氮，而不会产生空气污染物一氧化二氮。与目前的系统相比，该催化剂可以最大限度地减少贵金属的使用并减少废气排放。

汽油和柴油发动机产生一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂) -统称为NO_x．当前催化转换器减少NO_x但只有在加热后才能有效地进行。这意味着，在司机点火后的五分钟内，大部分污染就会逸出。催化转换器也很难在低温下运行而不释放一些氧化亚氮(N₂O)，而不仅仅是氮，因为将一氧化二氮转化为氮需要超过300°C的温度。

本研究的催化体系是第一个完全脱除NO的催化体系_x低于200°C。由Shinya古日本北海道大学的团队做到了这一点，同时使用了比非合金钯催化剂少90%的钯。

这种合金化可以带来比单一钯原子更好的性能

与直觉相反的是，降低钯的含量提高了一氧化氮的转化率和催化剂生成氮的选择性，而不是一氧化二氮。Michail Stamatakis他在英国伦敦大学学院的团队使用计算技术来理解单原子合金和用于排放控制的贵金属催化剂，他说催化系统可以节省大量的贵金属。

研究小组利用动力学分析和密度泛函理论研究了催化剂的机理。相对于纯铜或钯催化剂，单原子合金催化剂上的一氧化氮还原所需的能量更少，因此效率更高。研究人员的调查还发现，该系统成功地消除了一氧化二氮的排放，因为一氧化二氮一旦形成，只需很少的能量就能转化为氮。

像这样的单原子合金催化剂是单原子催化剂的一个子集，它通常涉及单原子支持在惰性载体上，不发挥催化转化的作用。这里不是这样的。

“令人高兴的是，不仅单原子合金催化剂中孤立的活性原子表现出了催化性能，而且周围的金属原子也会影响催化活性或选择性——这种合金化可以比单钯原子产生更好的性能，”评论道青江,他是吉林大学的汽车材料专家。单原子合金也可能比其他单原子催化剂更容易合成。斯塔马塔基斯说:“你得到的单个金属原子位置比分散在氧化物载体中的单个原子更明确，在氧化物载体中，你可能会有强烈的金属-载体相互作用并形成离子物种。”他补充说，这项研究是迈向单原子合金催化剂商业应用的重要一步。单原子的高表面能意味着单原子催化剂(其中单原子是锚定在固体载体上的孤立原子)的稳定性较差。另一方面，单原子合金催化剂应该更稳定。

大多数催化剂与反应物和中间产物的结合足以破坏分子内的化学键，但又不至于使产物无法逸出。然而，单原子合金可以避开这一传统:反应物和产物以不同的方式与两种原子类型结合，例如，在活性位点允许强结合，而在其他地方允许弱结合，使产物远离催化剂。

Jiang说，这项工作可以作为以不同方式设计单原子合金催化剂的基础。斯塔马塔基斯补充说:“如果能够预测特定反应的定制双金属或多金属组合，那就太棒了。”“这将节省大量试错实验的时间，并将加速该领域的创新。”