Коротко: каталитический нейтрализатор (катализатор) превращает вредные продукты сгорания в менее опасные за счёт адсорбции и поверхностных каталитических реакций на наночастицах платиновой группы и оксидных носителях. Ниже — сжатое объяснение механизмов, роли PGM и экологических ограничений.

Как работает (основные шаги)

Структура: носитель (сотовая керамика) + слой с большой площадью (washcoat, чаще Al₂O₃) + активные фазы (Pgm — Pt, Pd, Rh) и оксиды церия/циркония. Поверхностные этапы: адсорбция реагентов → активация (диссоциация O₂, разрыв C–H, N–O) на металле → поверхностные реакции → десорбция продуктов. Окисление CO и углеводородов: катализируют Pt/Pd, типичные реакции:
(2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2)
(\mathrm{C_xH_y} + \left(x+\tfrac{y}{4}\right)O_2 \rightarrow xCO_2 + \tfrac{y}{2}H_2O) Селективное восстановление NOx (в (3)-ходовом катализаторе при стехиометрии): Rh наиболее эффективен для восстановления NO/NO₂, примеры:
(2NO + 2CO \rightarrow N_2 + 2CO_2)
(2NO + 2H_2 \rightarrow N_2 + 2H_2O) Хранение/буфер кислорода: оксиды церия ((CeO_2)) поглощают и отдают кислород, выравнивая колебания стехиометрии и повышая эффективность при переходных режимах (реакция упрощённо):
(CeO2 \rightleftharpoons CeO{2-\delta} + \tfrac{\delta}{2}O_2)

Роль платиновой группы (PGM: Pt, Pd, Rh)

Pt и Pd: преимущественно окислительные функции — эффективная диссоциация (O_2), ускорение окисления CO и органики. Pd часто лучше для окисления бензиновых углеводородов. Rh: сильный восстановительный катализатор для превращения NOx в (N_2) (взаимодействует с адсорбированными NO и восстановителями CO/H₂). Высокая удельная поверхность и электрохимические свойства PGM важны для низких температур «light-off» и высокой активности. PGM дорогие и ценные, потому наноразмещение и поддержки важны.

Условия работы и критические параметры

Эффективность максимальна при стехиометрии смеси: ( \lambda \approx 1) (отношение воздуха к топливу). При обеднённой смеси ((\lambda > 1)) (3)-ходовой катализатор неэффективен для NOx. «Light‑off» — температура, где начинается эффективная конверсия, обычно (200!-!400{}^\circ\mathrm{C}). Оксидная буферная ёмкость (OSC) и состояние PGM критичны для переходных режимов.

Экологические и эксплуатационные ограничения

Холодный пуск: до достижения (200!-!400{}^\circ\mathrm{C}) конверсия низкая → высокий выброс CO и HC. Ядовитость/отравление: соединения S, Pb (исторически), фосфор из присадок масла и кремний осаждаются на активных центрах, снижают активность. Содержание S в топливе вредит OSC и каталитическим центрам. Тепловое старение и синтеринг: при высоких температурах (порядка ( \sim 800{}^\circ\mathrm{C})) наночастицы PGM слипаются → потеря площади и активности. Рабочая смесь: при работе в «lean» режиме (дизель, (\lambda \gg 1)) (3)-ходовые катализаторы не снижают NOx — требуется SCR (селективное каталитическое восстановление) с NH(_3) (мочевина):
(4NO + 4NH_3 + O_2 \rightarrow 4N_2 + 6H_2O)
(SCR использует V₂O₅/TiO₂ или цеолитные катализаторы, не обязательно PGM). Побочные продукты: возможен выброс NH(_3) (slip) при SCR и образование N(_2)O (парниковый газ) при некоторых условиях катализа. Ресурсно‑экологические ограничения: PGM — редкие, дорогие, добыча и утилизация имеют экологический след; необходимость переработки катализаторов. Эффективность при высоком содержании аэрозолей/сажевых частиц: для дизеля требуется совмещение с фильтрами DPF; катализатор не решает все виды выбросов частиц.

Вывод/минимальные рекомендации

Для наилучшего снижения выбросов нужны: поддержание стехиометрии (для бензиновых двигателей), высокая температура катализатора (быстрый прогрев), низкое содержание S/P в топливе и регулярная диагностика/переработка PGM‑катализаторов. За дизелями — применение SCR и DPF.

Если нужно, могу кратко описать устройство конкретного типа катализатора (бензиновый (3)-ходовой против дизельного DOC+SCR) или перечислить типичные реакции с коэффициентами для разных NOx‑форм.