Fan Li,
Shoujun Ren, Junchao Xu, Liqiao Jiang, Haolin Yang, Xiaohan Wang*, Huaqiang Chu*. Simultaneously achieving flame stability enhancement and nitric oxide emission reduction in a small-scale burner using rare-earth composite oxide catalytic coatings. Combustion and Flame, 2026, 293: 115245.
论文简介：在燃料高效转化过程中实现低氮氧化物排放是燃烧科学领域的重要目标。本研究系统考察了Al2O3惰性涂层和Y2O3-BaO-ZrO2催化涂层对窄通道内甲烷/空气预混火焰燃烧稳定性及污染物排放特性的影响。实验在较宽的运行条件范围内开展，包括火焰熄灭极限、空间分辨 OH 化学发光强度、轴向火焰温度分布以及尾气 CO/NO 浓度等测量。
结果表明，无涂层的不锈钢壁面熄火间距随壁温呈现显著的非线性变化规律。相比之下，随着壁温升高至 1073 K，在化学当量和贫燃条件下，Y2O3-BaO-ZrO2催化涂层对应的熄火间距均线性降低，最大降幅分别达到71.8%和85.4%。尽管在所有当量比条件下，Al2O3涂层火焰核心区域均表现出高于Y2O3-BaO-ZrO2涂层的峰值OH化学发光强度，但后者能够显著提高峰值火焰温度，并明显拓展高温反应区域，从而有力证明了稀土复合氧化物催化涂层壁面对燃烧过程具有更优异的强化作用。更为重要的是，Y2O3-BaO-ZrO2涂层实现了污染物排放的协同调控：当通道宽度为4mm时，其催化CO转化率的平均水平超过 95%；与此同时，在富燃条件下，NO可被抑制至接近零排放水平。进一步通过原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in situ DRIFTS）研究发现，Y2O3-BaO-ZrO2涂层表面能够促进CH4氧化和NO分解，该过程可能涉及一种由晶格氧迁移和表面氧空位再生驱动的 Mars-van Krevelen（MvK）型氧化还原反应路径。
本研究将燃烧器壁面由传统的被动传热边界转变为能够主动参与燃烧反应的功能化催化界面，为高效、低排放燃烧器及清洁能源利用装备的设计提供了新的技术思路。
