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三元催化器主要过滤的气体是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）等有害气体。其工作原理如下。
当高温的汽车尾气通过三元催化器时，其中的有害气体如CO和HC会在催化剂的作用下被氧化或还原，转化为无害的二氧化碳、水和氮气排出车辆外部，而NOx则会通过催化剂中的金属氧化物催化剂发生氧化还原反应，最终转化为氮气和氧气，这种转化过程主要依赖于催化剂的活性物质，这些物质能够促使气体转化的化学反应进行，这些反应包括一氧化碳氧化成二氧化碳、碳氢化合物氧化成水和二氧化碳以及氮氧化合物被还原为氮气等。
三元催化器的净化原理主要是通过催化剂的作用，促使汽车尾气中的有害气体进行化学反应并转化为无害气体。