在汽車行業(yè)，除了電氣化之外，最重要的問題是應(yīng)對更嚴(yán)格的廢氣法規(guī)，如歐洲正在制定的歐7標(biāo)準(zhǔn)。 為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，除了更高的發(fā)動(dòng)機(jī)性能外，還必須改善廢氣凈化催化劑的性能和功能。

目前主流的廢氣凈化催化劑由蜂窩狀結(jié)構(gòu)、貴金屬催化劑（如鈀）和被稱為輔助催化劑的儲氧陶瓷組成。儲氧陶瓷負(fù)責(zé)從廢氣中去除碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx），并吸收多余的氧氣。

東北大學(xué)工程研究生院的Hitoshi Takamura教授和他的同事宣布，他們通過在鈰-鋯氧化物中固溶鈷和鐵，在低至400℃的操作溫度下實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)材料高13.5倍的氧氣存儲。此外，他們合成了一種晶體結(jié)構(gòu)，在800℃的溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的儲氧性能，比以前低400℃。這些結(jié)果有助于廢氣催化劑的低溫運(yùn)行和減少鈀等貴金屬的使用。

研究重點(diǎn)

該研究小組關(guān)注的是，由鈷和鐵組成的氧化物（尖晶石型氧化物）具有很強(qiáng)的磁性——精確的磁化測量顯示，低于5%時(shí)鈷和鐵在鈰-鋯氧化物中會呈固溶狀態(tài)。這種含鈷、鐵的鈰-鋯氧化物在400℃時(shí)顯示出13.5倍于現(xiàn)有材料的儲存能力，這對于儲氧陶瓷來說是一個(gè)很低的操作溫度，而且它還不含貴金屬。

同時(shí)，鈷和鐵的固溶體增加了氧化物表面的氧解離和吸收率，在該溫度下?lián)碛谐浞值难h(huán)性能。此外，在低溫下還能促成摻鐵的氧化鈰-鋯的特殊晶體結(jié)構(gòu)（κ-結(jié)構(gòu)）的形成，該結(jié)構(gòu)具有鈰和鋯的規(guī)則排列（下圖）。

含鈷、鐵的鈰-鋯氧化物晶體結(jié)構(gòu)

在此之前，盡管這種規(guī)則結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更高的儲氧能力，但由于生產(chǎn)過程的困難和無法保持輔助催化劑所需的大比表面積，它的實(shí)際使用一直很困難，因?yàn)樯a(chǎn)它需要在1200℃的氫氣中進(jìn)行強(qiáng)還原過程。然而根據(jù)東北大學(xué)的發(fā)現(xiàn)，僅僅通過添加氧化鐵就可以在800℃時(shí)出現(xiàn)規(guī)則的結(jié)構(gòu)，比以前低400℃。

未來，希望將鈷和鐵等過渡金屬能與鈀等貴金屬納米顆粒一起納入蜂窩型催化劑，并對其廢氣凈化性能和壽命進(jìn)行評估。 此外，從基礎(chǔ)研究的角度來看，作為一種通過添加微量元素控制氧化物有序-無序轉(zhuǎn)化的新方法，它有望被開發(fā)成各種晶體體系。

粉體圈Coco編譯

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