High fossil fuel consumption in transportation and industry results in an increase of the emission of green-house gases. To preserve clean air, new strategies are required. The main intention is to decrease the amount of CO2 emission by using lean-burn engines while increasing the combustion efficiency and decreasing the fuel consumption. However, the lean-burn engines have high air-to-fuel ratio which complicates the reduction of the oxides of nitrogen, NOx. The emission of these highly noxious pollutants, NOx, breeds both environmental and health problems. Thus, new catalytic strategies have been steadily developed. One of these strategies is the NOx storage and reduction (NSR) catalysts. Since reduction of NOx under excess oxygen condition is very difficult, the NSR catalysts store the NOx until the end of the lean phase that is subsequently alternated with the rich-fuel phase during which the trapped NOx is released and reduced. To develop NSR technology, different storage materials, the coverage of these metals/metal-oxides, support materials, precious metals, temperature, etc. have been widely investigated. In this study, (100) surface of BaO with dopants (K, Na, Ca and La), (100) and (110) surfaces of Li2O, Na2O and K2O are investigated as storage materials. In addition, alkali metal (Li, Na and K) loaded (001) surface of TiO2 (titania) anatase is investigated as a support material for the NSR catalysts. The introduction of the dopants on the BaO (100) surface has increased the tability of the NO2. The combination of local lattice strain and different oxidation state benefit both NO2 adsorption performance and sulfur tolerance. The binding energies of NO2 adsorption configurations over alkali metal oxide (100) and (110) surfaces were higher than the binding energies of SO2 adsorption configurations. The stability of all of NO2 adsorption geometries on the alkali metal-loaded TiO2 (001) surface were higher than the stability of SO2 adsorption geometries.

Ulaşım ve sanayideki yüksek fosil kaynaklı yakıt tüketimi sera gazlarının emisyonunda artışa sebep olmaktadır. Temiz havayı korumak adına yeni stratejilere ihtiyaç duyulmaktadır. Temel amaç düşük-yanışlı motorlar kullanarak CO2 emisyonunu azaltırken yanma verimini arttırıp yakıt tüketimini azaltmaktır. Fakat, düşük-yanışlı motorlar nitrojen oksitlerin, NOx, indirgenmesini zorlaştıran yüksek hava/yakıt oranına sahiptir. Bu yüksek oranda zehirleyici kirleticilerin emisyonu hem çevresel sorunları hem de sağlık sorunlarını doğurmuştur. Bu sebeple yeni katalitik stratejiler devamlı olarak geliştirilmiştir. Bu stratejilerden bir tanesi de NOx depolama ve indirgeme (NSR) katalizörleridir. Aşırı oksijen bulunan ortamlarda NOx`in indirgenmesi zor olduğundan dolayı, NSR katalizörleri yakıt miktarının az olduğu periyotların sonuna kadar NOx gazlarını depolar ve devamında gelen yakıt miktarının bol olduğu periyotlarda depolanan NOx geri salınıp indirgenir. NSR teknolojisini geliştirmek icin farklı depolama materyalleri, bu metal/metal-oksitlerin bulunma miktarları, destekleme materyalleri, soy metaller ve sıcaklık vb. gibi etkenler detaylı olarak araştırılmıştır. Bu tezde, dopant eklenmiş (100) BaO yüzeyi, (100) ve (110) Li2O, Na2O ve K2O yüzeyleri depolama materyali olarak incelenmiştir. Ek olarak, alkali metal (Li, Na and K) eklenmiş (001) TiO2 yüzeyi destekleme materyali olarak incelenmiştir. BaO (100) yüzeyine dopant eklenmesi NO2`nin kararlılığını arttırmıştır. Farklı yükseltgenme basamağı ve kısmi latis geriniminin kombinasyonu hem NO2 tutunma performansına hem de sülfür toleransına yarar sağlamaktadır. Alkali metal oksit (100) ve (110) yüzeyleri üzerindeki NO2 tutunma konfigürasyonlarının bağlanma enerjileri SO2 tutunma konfigürasyonlarından büyüktür. NO2`nin alkali metal eklenmiş TiO2 (001) yüzeyi üzerindeki bütün bağlanma konfigürasyonlarının kararlılığı SO2`nin bağlanma konfigürasyonlarının kararlılığından yüksektir.