作为 NEDO 项目的一部分，精细陶瓷中心、东京大学、米乐m6官方网站、栃木县工业技术中心、三菱化学株式会社和 Ashizawa Finetech Co, Ltd 结合了新开发的超高速沸石合成方法和粉末微粉化方法，开发了一种汽车 NOx 净化催化剂，该催化剂在从低温到高温的宽温度范围内表现出高催化活性和耐久性温度。
除了提高低温下的活性外，该催化剂即使在高温耐久性测试后也能保持高活性，几乎不会劣化，使其可以在以前无法使用的温度范围内使用，并有望显着提高汽车的燃油效率。此外，通过应用本研究成果作为技术基础，预计包括NOx催化剂在内的各种沸石催化剂的性能将得到进一步提高。
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| 图1新开发的催化剂概念图 |
公交车、卡车、客车等环保法规逐年严格，迫切需要开发高效净化氮氧化物（NOx）的催化剂。有关汽车尾气催化剂的信息，三元催化剂※1众所周知，但在能够更有效运行的稀薄燃烧条件下产生的废气中，氧气浓度很高，催化剂不能很好地工作，因此需要一种新的催化剂（超级催化剂）。
在此背景下，NEDO 正在致力于开发一种新型汽车氮氧化物净化催化剂项目※2自2016年以来，日本精细陶瓷中心（JFCC）、东京大学、米乐m6官方网站、栃木县工业技术中心、三菱化学株式会社和芦泽精细科技株式会社结合了新开发的超高速沸石合成方法、粉末微粉化方法等。沸石※3很多活跃点※4为了最大限度地减少缺陷，我们开发了一种汽车氮氧化物净化催化剂，该催化剂在从低温到高温的所有温度范围内都表现出高耐久性和活性（图 1）。除了提高低温下的活性外，该催化剂即使在高温耐久性测试后也能保持高活性，几乎不会劣化，因此可以在以前无法使用的温度范围内使用。这使您可以选择燃油效率良好的驾驶条件（例如以经济的空燃比行驶），从而可以显着提高燃油效率。
此外，通过应用本研究结果作为技术基础，预计包括NOx催化剂在内的各种沸石催化剂的性能将得到进一步提高。
沸石是在硅、铝化合物中添加碱金属和有机物，在高温水中加热而合成的。所得沸石是具有硅、铝和氧原子规则排列的骨架结构的晶体，如图1所示。在本研究中，使用Na（钠）离子合成Na型沸石后，通过交换Na离子和Cu（铜）离子形成Cu型沸石来表达废气处理催化剂的活性。 Cu型沸石的耐热性取决于在该骨架结构内形成和保留的结构缺陷，并且在包括低温在内的宽温度范围内的催化活性被认为取决于沸石晶体内Cu离子的分布和丰度密度。
在这个NEDO项目中，东京大学、米乐m6官方网站和三菱化学公司利用新的合成方法开发了具有上述性能的沸石催化剂，栃木县工业技术中心和芦泽精细科技有限公司通过粉碎和重结晶等后处理提高了沸石催化剂的性能。此外，精密陶瓷中心和产业技术综合研究所（AIST）负责阐明催化功能的表现机制和劣化机制，并进行研究和开发，以进一步提高未来的性能，并获得了以下成果。
(1) 使用新型沸石合成方法开发最佳催化剂
[东京大学、米乐m6官方网站、三菱化学株式会社]
目前的铜型沸石催化剂在200℃以下的低温下活性较低，在高温蒸汽存在下的耐久性测试后其活性通常会显着下降。相比之下，新开发的催化剂不仅在低温下具有高活性，而且即使在高温耐久性测试后也能保持高活性，几乎没有劣化。这是通过优化沸石结构并最大限度地减少晶体内的缺陷来实现的。
众所周知，沸石合成需要几天到几周的时间，但在这次研发中，我们开发了一种技术，可以在几分钟到几十分钟内合成各种沸石，并成功在6秒的极短时间内合成沸石（图2）。超短合成是使用二组分混流合成系统实现的，该系统通过将新开发的反应物（沸石原料混合物）与高温水混合来实现快速升温。此次获得的Cu型沸石催化剂是通过将Cu离子引入到利用这些技术合成的Na型沸石（可以在几十分钟内合成）中来制备的。此外，我们还成功开发了一种不使用昂贵的有机物质或金属或减少使用量的合成方法。
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| 图2 二组分混流合成系统 |
(2)破碎重结晶法开发高性能沸石
[栃木工业技术中心、芦泽精密科技有限公司]
合成的沸石只能通过将其调整到适当的粒径并引入活性位点（例如，Cu离子）来用作催化剂。在这项研究和开发中，我们将开发一种使用模拟和放大的方法非晶化※5最小化的粉末精制技术，并确定了孔体积几乎不变化的量产级粉碎机珠磨机（图3）的操作条件。此外，我们还成功开发了通过对因研磨而破坏了结构的部分进行再结晶来自由控制粒径的技术，以及通过适当地从沸石骨架中去除为引入Cu离子提供电荷的Al（铝）来有效控制活性点密度的技术。
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| 图3珠磨机及内部示意图 |
(3)催化功能表达机制和劣化机制的阐明
[产业技术综合研究所精密陶瓷中心]
我们还开发了催化剂评估方法，透射电子显微镜※6定量测量沸石内的组成之外，还可以直接观察引入到沸石骨架中的金属离子并使用精密吸附方法评价孔特性。
通过本次NEDO牵头计划，我们不仅明确了汽车用脱氮催化剂（超级催化剂）的“实际应用问题”，而且找到了“解决这些问题”的方法。今后，我们将更新实施结构，重组为以行业为中心的更强大的团队，并继续研究实际应用。