在過去，汽車突突冒的黑灰色尾氣，常會嗆得人捂鼻子。而如今，卻幾乎見不到黑灰色的汽車尾氣。這是為什么？讓我們一起一下讓汽車尾氣變干凈的核心武器——三元催化劑。

未處理過的汽車尾氣

藏著什么危險？

在汽車行駛過程中，汽油與空氣混合物燃燒做功，在產(chǎn)生熱能和機(jī)械能時，也會因燃燒不充分而產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。這些有害尾氣若未經(jīng)處理就排放出來，會危害人體健康和生態(tài)環(huán)境。

尾氣中的有害成分主要包括一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOX）以及顆粒物（PM2.5）。一氧化碳無色無味，會鉆進(jìn)血液里，搶占氧氣的“位置”，讓人頭暈、惡心，嚴(yán)重時還會危及生命；碳?xì)浠衔飼碳ず粑溃切纬伸F霾的“幫兇”；最危險的是氮氧化物（NOX），它會導(dǎo)致眼睛紅腫、喉嚨發(fā)癢，長期接觸還會損傷肺部，甚至引發(fā)哮喘等疾病；除此之外，尾氣里還有顆粒物，像PM2.5這類微小顆粒能直接進(jìn)入肺部深處，進(jìn)而危害健康。同時，這些有害物還會加劇溫室效應(yīng)，破壞生態(tài)環(huán)境。

為了減少汽車尾氣對人體和環(huán)境的危害，世界各國都制定了嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。在我國，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級，目前執(zhí)行的是國六排放標(biāo)準(zhǔn)6b階段，是當(dāng)今全球最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)之一。

三元催化轉(zhuǎn)化器示意圖（供圖/熊海峰）

汽車尾氣的清潔之旅

為了清潔汽車尾氣，科學(xué)家們研制出了更高效的裝置——三元催化轉(zhuǎn)化器。

高溫尾氣在發(fā)動機(jī)燃燒室產(chǎn)生，隨后會進(jìn)入排氣管前段和散熱片部分來降溫。接下來，尾氣就會從入口進(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器。這是一個安裝在排氣管中間的金屬裝置，經(jīng)過內(nèi)部催化劑的凈化處理（化學(xué)催化），尾氣中的有害物質(zhì)最終會被轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)從出口排出。

得益于這場“旅行”，汽車尾氣從有害變成相對無害。而三元催化轉(zhuǎn)化器，就是一位大功臣。

幫助有害物質(zhì)

快速跨越“高山”

三元催化轉(zhuǎn)化器的核心結(jié)構(gòu)是蜂窩陶瓷載體，這種載體有很多小孔，而在蜂窩陶瓷的孔壁上，附著了一層薄薄的催化劑涂層，這層涂層里藏著真正的“魔法師”——以鉑、鈀、銠3種金屬為主要活性位點的貴金屬催化劑，也稱三元催化劑。

三元催化劑催化過程簡要示意圖（供圖/熊海峰）

三元催化劑就像給有害氣體分子在山下打通了一條快速“隧道”，讓它們更容易跨越分子轉(zhuǎn)化所需的能量“高山”，從而將有害物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。

當(dāng)有毒的尾氣穿過蜂窩陶瓷的小孔，接觸到三元催化劑時，催化劑會降低反應(yīng)所需的能量壁壘，讓有害氣體分子更容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：一氧化碳和氧氣反應(yīng)，變成二氧化碳（CO2）；碳?xì)浠衔锖脱鯕夥磻?yīng)，變成二氧化碳和水；氮氧化物則會分解成氮氣（N2）和氧氣（O2）。經(jīng)過三元催化劑處理后的汽車尾氣，主要成分變成了二氧化碳、水和氮氣，這些成分對人體和環(huán)境都無害。

當(dāng)天空更澄澈，當(dāng)?shù)缆分車目諝飧忧逍拢埐灰浧囄矚獯呋夹g(shù)在綠色交通中貢獻(xiàn)的力量。除了改善尾氣，我們還能為清新空氣做些什么呢？快來和大家說一說吧！

《知識就是力量》喜迎創(chuàng)刊70周年，科學(xué)藝術(shù)作品征集

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責(zé)任編輯｜趙青云 原飛燕

運營編輯｜原飛燕

質(zhì)量審核 | 李雅欣

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《讓汽車尾氣變干凈》，撰文/熊海峰（廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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