科學家們開發出一種使用單個鈀原子的催化劑，可在低溫條件下從天然氣發動機廢氣中去除90% 未燃燒的甲烷，從而有望顯著降低甲烷排放量。目前正在開展進一步研究，以推動這項前景廣闊的技術實現商業化。

在最近的一項研究中，使用單個或僅有幾個鈀原子的催化劑可在低溫條件下去除天然氣發動機廢氣中90% 未燃燒的甲烷。雖然還需要進行更多的研究，但單個原子催化技術的進步有可能降低甲烷的尾氣排放，甲烷是最有害的溫室氣體之一，其捕獲熱量的速度約為二氧化碳的25 倍。

華盛頓州立大學和SLAC 國家加速器實驗室的研究工作在《自然-催化》雜誌上報告說，單原子催化劑能夠在較低溫度（低於350 攝氏度（662 華氏度））下清除發動機尾氣中的甲烷，同時在較高溫度下保持反應穩定性。

西悉尼大學吉恩和琳達-沃蘭德化學工程與生物工程學院攝政教授、論文通訊作者王勇說：”這幾乎是一個自我調節的過程，它奇蹟般地克服了人們一直面臨的挑戰- -低溫不活躍和高溫不穩定。”

全球約有3000 萬至4000 萬輛汽車使用天然氣發動機，在歐洲和亞洲很受歡迎。天然氣工業也使用天然氣發動機運行壓縮機，將天然氣泵送到居民家中。一般認為，天然氣發動機比汽油或柴油發動機更清潔，產生的碳和微粒污染更少。

然而，當這些天然氣發動機啟動時，它們會排放出未燃燒的、捕獲熱量的甲烷，因為它們的催化轉換器在低溫下不能很好地工作。去除甲烷的催化劑要么在較低的排氣溫度下效率低下，要么在較高的溫度下嚴重降解。

“現在人們都在大力推廣使用天然氣，但當將天然氣用於內燃機時，尾氣中總會有未燃燒的天然氣，你必須想辦法將其去除。如果不這樣做，就會導致更嚴重的全球變暖，”合著者、SLAC 國家加速器實驗室的科學家弗蘭克-阿比爾德-佩德森（Frank Abild-Pedersen）說。”如果能從廢氣中去除90%的甲烷，並保持反應穩定，那就太了不起了”。

王勇補充說，活性金屬單獨分散在載體上的單原子催化劑還能利用昂貴的貴金屬的每個原子。如果能讓它們更具活性，那就更是錦上添花了。

在他們的工作中，研究人員能夠證明，他們用氧化鈰載體上的單個鈀原子製成的催化劑能夠有效去除發動機廢氣中的甲烷，即使發動機剛剛啟動時也是如此。

他們發現，發動機尾氣中始終存在的微量一氧化碳在室溫下動態形成反應活性位點方面發揮了關鍵作用。一氧化碳幫助鈀的單原子遷移，形成雙原子或三原子簇，從而在低溫下有效地分解甲烷分子。

然後，隨著排氣溫度的升高，亞納米級的簇重新分散為單個原子，從而使催化劑具有熱穩定性。這一可逆過程使催化劑能夠有效工作，並在發動機運行的整個過程中（包括冷啟動時）利用每一個鈀原子。

克里斯托弗-塔索內（Christopher Tassone）是SLAC國家加速器實驗室的一名科學家，也是這篇論文的共同作者，他對研究小組保持鈀催化劑穩定和高活性的能力大加讚賞，並將其歸功於研究小組的各種專業知識。他說：”我們確實能夠找到一種方法來保持支撐鈀催化劑的穩定和高活性，而且由於整個團隊擁有不同的專業知識，我們能夠理解為什麼會出現這種情況。”

雖然研究人員試圖進一步改進催化劑技術，並更好地理解鈀與鉑等其他貴金屬表現不同的原因，但他們承認，這項研究距離應用於汽車還有一定距離。不過，他們正在與行業合作夥伴和太平洋西北國家實驗室合作，以推動這項技術更接近商業化。