Three-way catalysts (TWCs)는 가솔린 엔진의 배기가스 배출에서 NO 와 CO, HCs 을 동시에 저감할 수 있는 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법이다. 이과정에서 부생성물로 NH₃ 와 N₂O 도 생성이 되는데, 이 두 물질 모두 대기 오염물질이므로, TWC 에서 부생성물 또한 고려해야할 대상이다. 산업용 aged TWCs 에 대한 NH₃ 및 N₂O 배출은 복잡한 반응 메커니즘에서 각각의 환원제 (H₂, CO, HCs)에 따라 영향을 많이 받습니다. CO, H₂, C3H6 과 C3H8 가 포함하는 공급조건에서 NH₃ 형성은 350-500 ℃에서 lean 조건일 때 (0.97 ≤ λ ＜ 1.00), 가장 높게 나타났다. N₂O 형성은 stoichiometric 조건 (λ ＝ 1.00)일 때, 저온인 250-350 ℃ 구간에서 특히 많이 나타났다. Full feed 조건에서 환원제 각각이 NH₃ 와 N₂O 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 NO 과 단일 환원제를 포함한 simple test 를 수행했다. 이를 통해 NH₃ 는 stoichiometric 조건하에서 NH₂ 중간체를 통한 NO-H₂ 반응을 통해 주로 생성되는 것으로 밝혀졌다. 한편, N₂O 형성에 대한 H₂ 의 역할은 주로 200 ℃ 이하의 저온 반응에서 나타났다. 예열된 온도에서 N₂O 형성의 주요 기여는 표면 NCO 종을 형성하는 CO-NO 반응이며, 여기서 추가적인 표면에 CO 및 H₂ 종은 C3H6 의 증기 개질(steam reforming)에 의해 생성되기도 한다.

이 연구는 또한 포괄적인 촉매 성능에 대한 일반적인 Pd/Rh TWC 공식에서 Pt 치환의 영향에 대해 조사했다. TWC 성능은 다양한 촉매 변환기 구성, 즉 warm-up catalytic converter (WCC) 및 under-floor catalytic converter (UCC)에 해당하는 촉매에 대해서 체계적으로 평가되었다. WCC 전면, WCC 후면 및 UCC 구성은 air-to fuel rich, stoichiometric 및 air-to fuel lean (0.99 ≤ λ ≤ 1.01) 조건을 포함한 모사된 배기 조건에서 테스트되었다. Pt 로 치환된 TWC 는 연구된 배기 조건에서 CO, C3H6 및 C3H8 산화 및 NO 환원에서 컨버터 유형에 관계없이 Pd 기반 대조군 촉매의 성능을 능가했다. 구체적으로, NO 전환율은 200-400 ℃의 온도 범위에서 Pt-치환된 TWC 로 14-77%에서 23-87%로 증가했다. Pt-치환된 TWC 는 또한 N₂O 및 NH₃ 와 같은 부산물 형성을 억제하여 N₂ 선택성을 15-75% 증가시켰습니다. 게다가 Pt 로 치환된 TWC 는 1050 ℃에서 열수 노화 시 상당한 내구성을 나타냈다. 노화 후, Pd 기반 TWC 에 비해 N₂ 선택성은 70-80%에서 15-35%로 급격히 떨어졌지만 Pt-치환된 TWC 는 80-100%에서 60-80%로 N₂ 선택성이 더 약한 손실을 보였습니다. 이를 통해 Pd/Rh TWC 에 Pt 를 치환하는 것이 선택성과 내구성이 개선된 가솔린 차량의 배기 가스 제어를 위한 개선된 PGM 조합이라는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 TWC 촉매를 설계하는 데 유용한 지침을 제공할 것이라고 믿는다.

탄소 중립을 위한 CCU (Carbon Capture and Utilization) 기술 촉매 개발을 위한 첫 단계로써 싸고 쉽게 구할 수 있는 zeolite 를 사용해 CO₂ capture 성능을 확인했다. CO₂ capture 실험은 He balance 로 대기 중 CO₂ 농도와 같은 400 ppm 조건에서 수행되었다. H-form zeolite 는 CO₂ 흡착성능이 전혀 나타나지 않았다. Alkali metal 인 Na 이온교환을 통해 CO₂ 흡착성능을 개선시켰고, zeolite 의 channel frameworks 와 Si/Al ratio 에 따른 Na 이온교환 정도와 CO₂ 흡착과 탈착 성능을 비교하였다. CO₂ 흡착성능은 높게 나타나지는 않았지만, frameworks 와 Si/Al ratio 에 따른 CO₂ 흡착 성능비교하기에는 충분한 경향성이 나타났다. Pore size 가 가장 큰 Na-Y 와 가장 작은 Na-SSZ-13 은 CO₂ 물리흡착이 나타나지 않았다. 하지만, SSZ-13 은 높은 Na 1 몰당 가장 많은 CO₂ 양이 흡착됨을 보여주었다. 그리고 Na-ZSM-5 는 가장 좋은 CO₂ 흡착성능을 보였고, 두개의 chemical adsorption site 도 CO₂-TPD를 통해 확인할 수 있었다. 또한 서로 다른 Si/Al ratio 를 가진 ZSM-5 에 대한 CO₂ 흡착성능을 비교해보았다. 그 결과 H-form ZSM-5 의 CO₂ 흡착성능은 없었고, 낮은 Si/Al ratio 는 이온 교환된 Na 양을 늘리고 이를 통해 CO₂ 흡착 성능 향상에 기여하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과와 데이터는 zeolite 의 CO₂ capture 성능을 향상시키기 위해 필요한 가이드 라인을 제공해줄 것이라고 생각된다.