汽車尾氣是空氣污染的主要來(lái)源。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，美國(guó)、歐共體和日本正在強(qiáng)制執(zhí)行較為嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)

1汽車尾氣凈化催化劑的使用現(xiàn)狀
汽車尾氣凈化催化劑的要求為①高活性。尾氣排放量大，催化轉(zhuǎn)化器安裝空間有限，決定了凈化催化劑必須在高空速下使用。然而，在高空速下要保持高轉(zhuǎn)化率，催化劑必須具備相當(dāng)高的活性。②良好的選擇性。能對(duì)各有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。③良好的熱穩(wěn)定性。因?yàn)槲矚馀欧艤囟茸兓却螅２僮鳒囟仁?00。500℃，短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)高達(dá)l 000℃。④載體具有良好的物理性能。TWC催化劑具有前面所提到的優(yōu)異性能，在世界汽車尾氣凈化催化劑市場(chǎng)上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
TWC通常以Pt、Pd、Rh為活性組分，以Ce、Zr、La和Pr等為改性助劑，通過(guò)浸漬，分別在Y-A12O3等大比表面物質(zhì)上，制備成涂層，然后擔(dān)載在多孔蜂窩載 體上。對(duì)三效催化反應(yīng)，最重要的是保持精確的空燃比(A／F)。因?yàn)橹饕廴疚颿0、Hc及NO，要同時(shí)除去，催化劑只有在靠近理論空燃比(14．6)下操作時(shí)，才能發(fā)揮其最大效率，人們通常把此區(qū)域稱為操作窗口”(Operating Window)。實(shí)際的尾氣組成往往超出窗口的濃度范圍，這就要求拓寬此窗口。實(shí)驗(yàn)證明：稀土氧化物的添加不但減少了貴金屬的用量，拓寬了窗口，同時(shí)起到了促進(jìn)劑、活化劑、分散劑和穩(wěn)定劑的作用。
2三效催化劑采用的助劑及其作用
ce是三效催化劑中極重要的組元。ce的引入大大改善了貴金屬催化劑的性能，ce的作用表現(xiàn)在：①儲(chǔ)存和釋放氧的作用(Osc能力)。為了保證最大限度地發(fā)揮Twc催化劑的三效作用，催化劑只有在靠近理論空燃比(A／F=14．6)下操作時(shí)，對(duì)CO、Hc及NO。的轉(zhuǎn)化率可達(dá)80％。當(dāng)A／F>14．6，即空氣過(guò)量時(shí)，尾氣中c0、Hc相對(duì)減少，NO：和02增加，這種燃燒工況稱為“貧況”，反之稱為“富況”。實(shí)際工況總表現(xiàn)為“貧況”與“富況”之間的振動(dòng)。“富況”操作時(shí)，C0和HC的轉(zhuǎn)化因缺氧而難以進(jìn)行；“貧況”時(shí)，又因氧過(guò)量，消耗了還原劑的cO和HC，使得NO。的轉(zhuǎn)化困難。而鈰具有ce3+和ce4+的氧化還原轉(zhuǎn)換能力，在尾氣富氧貧氧交替轉(zhuǎn)化過(guò)程中，ce3+和ce4+交替產(chǎn)生，儲(chǔ)存和釋放氧的過(guò)程隨著尾氣中空燃比的變化而周而復(fù)始的進(jìn)行著，對(duì)氧濃度的急劇變化起著緩沖作用。總之，高的OSc助劑擴(kuò)大了空燃比的可操作范圍，提高了三效催化劑的總催化利用率幢J。②有助于貴金屬在表面的分散，阻止貴金屬與A1203高溫下發(fā)生作用，提高活性組分的利用率，并且可阻止A1203載體因燒結(jié)而造成的聚集和相轉(zhuǎn)變，即阻止氧化鋁從Y型向a型的轉(zhuǎn)化。③促進(jìn)水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)和水蒸氣重整反應(yīng)。

zr是TWc催化劑典型的Rh穩(wěn)定劑。ZrO2是不與貴金屬特別是Rh發(fā)生相互作用的氧化物。有些Twc催化劑以Zro2為Rh的載體，而以Y—A1203為Pt、Pd的擔(dān)體復(fù)合而成，這種催化劑有很好的穩(wěn)定性。但ZrO2直接作用為載體的缺陷是比表面積較小(<100 m2／g)。zr和Ba還是良好的Ce穩(wěn)定劑，助劑中引入ZrO2能顯著改善ce02的熱穩(wěn)定性和活性。這是因?yàn)閷r4+引人到氧化鈰的立方晶格或?qū)e4+引入到氧化鋯晶格，可以降低晶胞參數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定ce02目的，能有效的避免ce02因高溫?zé)Y(jié)而晶粒長(zhǎng)大。

La是TWC中另一最常見(jiàn)的助劑元素，主要作用是通過(guò)提高相變溫度而改善Y-A1203的熱穩(wěn)定性，起類似作用的還有Ba。同時(shí)La能使活性組分的分散度增加，活性中心數(shù)增大，并且可降低催化劑的起燃溫度和提高對(duì)NO，的轉(zhuǎn)化率。另外，鑭的存在，減少了貴金屬與A1203的作用，這有利于阻止貴金屬活性組分與氧化鋁載體在高溫狀態(tài)下發(fā)生作用而形成尖晶石結(jié)構(gòu)，即添加鑭有助于提高催化劑的耐熱性能，降低催化劑活性組分發(fā)生燒結(jié)。Y與La有類似的性質(zhì)。
Pr也有Pr3+／Pr4+價(jià)態(tài)的變化，有類似于ce的助催化性質(zhì)。已有文獻(xiàn)對(duì)于Pr作為三效催化劑的儲(chǔ)氧組分的可能性作了研究，它不適合直接替代ce作為儲(chǔ)氧物質(zhì)，但它能在低溫下釋放出大量的氧，仍然具有重要的理論和應(yīng)用的研究?jī)r(jià)值。

3當(dāng)代三效催化劑助劑--復(fù)合氧化物
近年來(lái)，由氧化鈰、氧化鋯、氧化鑭和氧化鐠等形成的一系列固溶體材料的開(kāi)發(fā)與研究導(dǎo)致了新一代耐高溫催化劑的產(chǎn)生。鈰鋯復(fù)合氧化物固溶體使ceo2等稀土氧化物在催化劑的應(yīng)用由傳統(tǒng)的氧化鋁負(fù)載型向具有高比表面、高熱穩(wěn)定性的預(yù)成型粉末轉(zhuǎn)變。它們表現(xiàn)出良好的氧化還原性能和儲(chǔ)氧性能，較高的熱穩(wěn)定性以及優(yōu)異的低溫催化性能。
鈰鋯復(fù)合氧化物催化劑的儲(chǔ)放能力和高溫穩(wěn)定性，鈰鋯復(fù)合物氧化物的OSC比氧化鈰高了1到2倍，900℃時(shí)的熱穩(wěn)定性也好。(La，ce，zr)02的儲(chǔ)氧能力高于ce02，但低于(ce，zr)02，而熱穩(wěn)定性優(yōu)于(Ce，Zr)02。晶粒尺寸表明，La的加入，起到了阻止晶粒生長(zhǎng)的作用，抑制了催化劑高溫?zé)Y(jié)現(xiàn)象及其導(dǎo)致的催化活性大幅降低的后果，由此改善了催化劑的高溫?zé)岱€(wěn)定性。 Pr的加入對(duì)ce—zr固溶體的儲(chǔ)氧能力有很大的改善，添加少量Pr可提高(ce—zr)0，固溶體中Ce4+與Ce3+氧化還原循環(huán)的效率 在富氧區(qū)S=1．3處，加入Pr的樣品對(duì)N0，的轉(zhuǎn)化率均達(dá)到65％以上。

4汽車尾氣凈化器的發(fā)展方向
有效治理城市汽車尾氣污染，是環(huán)境保護(hù)專業(yè)和汽車業(yè)面臨的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)只能在一定程度上降低污染物的排放，催化凈化是解決機(jī)外污染最有效的方法。
開(kāi)發(fā)新一代高效催化劑的重點(diǎn)應(yīng)向以下幾個(gè)方向發(fā)展：①含鈀的非貴金屬催化劑：對(duì)于三效催化劑的3種貴金屬Pd、Pt、Rh來(lái)說(shuō)，Pd是最廉價(jià)的，且在低溫下有良好的活性。因此，現(xiàn)在人們正致力于研究和開(kāi)發(fā)用Pd作為三效催化劑的基本活性組分。②耐高溫催化劑：汽車尾氣凈化催化劑的熱穩(wěn)定性問(wèn)題是當(dāng)前世界各國(guó)研究的焦點(diǎn)。要解決冷啟動(dòng)問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法是將催化轉(zhuǎn)化器裝在更靠近引擎排氣口處，使催化劑能更快的達(dá)到起燃溫度。但同時(shí)催化劑的工作溫度也將大大提高。通常的催化劑在近千度的高溫條件下工作，很容易引起表面積收縮、燒結(jié)和晶粒長(zhǎng)大等現(xiàn)象，導(dǎo)致催化劑的活性大幅度下降。所以，在高溫操作條件下，如何更好地穩(wěn)定催化劑的活性組分，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。③汽車貧燃內(nèi)燃機(jī)的三效催化劑：為了提高燃料的利用率和減少產(chǎn)生溫室效應(yīng)的C02的排放量，近年來(lái)一直在研究貧燃狀態(tài)下工作的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。研究結(jié)果表明，把空燃比由現(xiàn)在的14．6提高到22，汽車引擎效果將大大提高，可節(jié)約燃料15％[26]。在這樣的空燃比下，三效催化劑能有效地控制c0和Hc的排放，但對(duì)NO。的還原能力將大大下降。為解決此問(wèn)題，人們一直在探索能在貧燃條件下有效還原NO。的汽車尾氣凈化催化劑。