Блог

May 13, 2023

Керамика с низкой рабочей температурой помогает нам дышать более чистым воздухом

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам PDF-версию по электронной почте.

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию статьи «Керамика для низких рабочих температур помогает нам дышать чище воздухом».

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Хотя большая часть дискуссий о сокращении выбросов транспортных средств сосредоточена на электромобилях (EV), их продажи остаются низкими: на электромобили придется всего 1% покупок автомобилей в Японии в 2021 году. Между тем, Европейский Союз, как ожидается, примет более строгие ограничения по выбросам. стандарты в ближайшем будущем. Это делает улучшение производительности и функциональности катализаторов очистки выхлопных газов в автомобилях с бензиновыми или дизельными двигателями важнейшим компонентом на пути к углеродной нейтральности.

Почти все бензиновые и дизельные автомобили оснащены каталитическими нейтрализаторами, которые удаляют вредные углеводороды, окись углерода и оксид азота и преобразуют их в более безопасные газы, такие как азот, диоксид углерода и водяной пар. Токсичные газы проходят через сотовую структуру, покрытую катализаторами очистки выхлопных газов.

Керамика с емкостью хранения кислорода (OSC) играет решающую роль в процессе очистки. Они помогают удалять вредные газы и предотвращают укрупнение драгоценных металлов в каталитических нейтрализаторах, что ухудшает их очищающие способности.

Однако для улучшения их потенциала необходима более низкая рабочая температура. Но ученые изо всех сил пытались добиться этого, поскольку снижение температуры ниже 500 ºC приводит к замедлению диффузии ионов.

Теперь исследовательская группа из Высшей инженерной школы Университета Тохоку разработала оксид на основе церия-циркония (Ce-Zr) с отличным OSC при 400 ºC, контролируя его кристаллическую структуру. OSC при 400 ºC был выше, чем у обычных материалов, в 13,5 раза, даже без катализаторов из драгоценных металлов.

«Ключом к нашему успеху было введение небольшого количества переходных металлов, таких как железо, в оксиды на основе Ce-Zr», — сказал профессор Хитоши Такамура, руководитель исследовательской группы.

«Легирование переходными металлами» оказало на оксиды два заметных эффекта. Он ускорял диффузию кислорода, облегчая образование кислородных вакансий и способствуя упорядочению катионов.

«Катионное упорядочение приводит в порядок кристаллическую структуру и способствует легкому выделению кислорода», — объяснил Такамура.

Легирование железом снизило температуру катионного упорядочения, что, в свою очередь, позволило увеличить площадь поверхности оксидов на основе Ce-Zr. Это повысило их долговечность и способность очищать токсичные газы.

В будущем Такамура и его группа надеются протестировать материал, нагрузив его палладием на сотовых опорах.

Подробности исследования группы были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A 27 сентября 2022 года. А статья была выбрана для обложки журнала.

Ссылка: Мураками К., Сугавара И., Томита Дж., Исии А., Оикава И., Такамура Х. Низкотемпературный синтез катионоупорядоченного оксида на основе Ce-Zr через промежуточную фазу между Ce и Fe. J Mater Chem A. 2022;10(40):21291-21299. дои: 10.1039/D2TA05068D

Статья переиздана по следующим материалам. Примечание: материал мог быть отредактирован по объему и содержанию. Для получения дополнительной информации обращайтесь к указанному источнику.