Obwohl sich ein Großteil des Diskurses über die Reduzierung von Fahrzeugemissionen auf Elektrofahrzeuge (EV) konzentriert, bleiben ihre Verkäufe gering – wobei EV-Fahrzeuge im Jahr 2021 nur 1 % der Autokäufe in Japan ausmachen. Unterdessen wird erwartet, dass die Europäische Union strengere Emissionen verabschieden wird Standards in naher Zukunft. Dies macht die Verbesserung der Leistung und Funktionalität von Abgasreinigungskatalysatoren in benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeugen zu einer entscheidenden Komponente auf dem Weg zur CO2-Neutralität.
Nahezu alle Benzin- oder Dieselautos sind mit Katalysatoren ausgestattet, die schädliche Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide entfernen und sie in sicherere Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf umwandeln. Die giftigen Gase strömen durch eine Wabenstruktur, die mit abgasreinigenden Katalysatoren beschichtet ist.
Keramiken mit Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) spielen eine entscheidende Rolle im Reinigungsprozess. Sie helfen, schädliche Gase zu entfernen und verhindern, dass die Edelmetalle in Katalysatoren vergröbern, was ihre Reinigungsfähigkeit beeinträchtigt.
Um ihr Potenzial zu verbessern, ist jedoch eine niedrigere Betriebstemperatur erforderlich. Wissenschaftler haben sich jedoch schwer getan, dies zu erreichen, da eine Verringerung der Temperatur auf weniger als 500 °C zu einer langsameren Ionendiffusion führt.
Eine Forschungsgruppe hat ein Oxid auf Cerium-Zirkonium-Basis entwickelt, das die Leistung von Keramik in Katalysatoren steigert – an Autos angebrachte Geräte, die schädliche Gase in weniger giftige Schadstoffe umwandeln.https://t.co/BPznui26Uo
— Universität Tohoku (@TohokuUniPR) 7. November 2022
Nun, eine Forschungsgruppe an Graduate School of Engineering der Universität Tohoku hat ein Oxid auf Cerium-Zirkonium-Basis (Ce-Zr) mit ausgezeichnetem OSC bei 400 ºC entwickelt, indem es seine Kristallstruktur kontrolliert hat. Die OSC bei 400 ºC war sogar ohne Edelmetallkatalysatoren um den Faktor 13,5 höher als herkömmliche Materialien.
„Der Schlüssel zu unserem Erfolg war die Einführung einer winzigen Menge an Übergangsmetallen wie Eisen in die Oxide auf Ce-Zr-Basis“, sagte Professor Hitoshi Takamura, Leiter der Forschungsgruppe.
Die „Übergangsmetall-Dotierung“ hatte zwei bemerkenswerte Effekte in den Oxiden. Es beschleunigte die Sauerstoffdiffusion, indem es die Bildung von Sauerstoffleerstellen erleichterte und die Kationenordnung förderte.
„Die Kationenordnung räumt die Kristallstruktur auf und sorgt dafür, dass Sauerstoff leicht freigesetzt wird“, erklärt Takamura.
Die Eisendotierung verringerte die Kationenordnungstemperatur, was wiederum eine größere Oberfläche für die Oxide auf Ce-Zr-Basis ermöglichte. Dies verbesserte ihre Haltbarkeit und Fähigkeit, giftige Gase zu reinigen.
In Zukunft hoffen Takamura und seine Gruppe, das Material zu testen, indem sie es mit Palladium auf Wabenträger beladen.
Details der Forschung der Gruppe wurden in veröffentlicht Zeitschrift für Materialchemie EIN am 27. September 2022. Und der Artikel wurde für die Titelseite der Zeitschrift ausgewählt.
Mit freundlicher Genehmigung von Tohoku-Universität
Angaben zur Veröffentlichung:
Titel: Die Niedertemperatursynthese von kationengeordnetem Ce-Zr-basiertem Oxid über eine Zwischenphase zwischen Ce und Fe
Autoren: Kazuto Murakami, Yoko Sugawara, Junki Tomita, Akihiro Ishii, Itaru Oikawa und Hitoshi Takamura
Zeitschrift: Zeitschrift für Materialchemie A DOI: 10.1039/d2ta05068d
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