在较低温度下呼吸氧气的陶瓷有助于我们呼吸更清洁的空气

尽管关于减少汽车排放的大部分讨论都集中在电动汽车(EV)上，但它们的销量仍然很低——2021年，电动汽车仅占日本汽车购买量的1%。与此同时，预计欧盟将通过更严格的排放在不久的将来标准。这使得提高汽油或柴油动力车辆中废气净化催化剂的性能和功能成为推动碳中和的关键组成部分。

几乎所有汽油或柴油汽车都配备了催化转化器，可去除有害的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物，并将它们转化为更安全的气体，例如氮气、二氧化碳和水蒸气。有毒气体流经涂有废气净化催化剂的蜂窝结构。

具有储氧能力(OSC)的陶瓷在净化过程中起着至关重要的作用。它们有助于去除有害气体并防止催化转化器中的贵金属粗化，从而降低其净化能力。

然而，为了提高它们的潜力，需要较低的工作温度。但科学家们一直在努力实现这一目标，因为将温度降低到低于500ºC会导致离子扩散速度变慢。

现在，东北大学工程研究生院的一个研究小组通过控制其晶体结构，开发了一种在400ºC时具有出色OSC的铈锆基(Ce-Zr)氧化物。即使没有贵金属催化剂，400ºC时的OSC也比传统材料高13.5倍。

“我们成功的关键是在Ce-Zr基氧化物中引入了少量的过渡金属，例如铁，”该研究小组的负责人HitoshiTakamura教授说。

“过渡金属掺杂”对氧化物有两个显着影响。它通过缓解氧空位的形成和促进阳离子有序化来加速氧扩散。

“阳离子排序整理晶体结构并使氧气易于释放，”Takamura解释说。

铁掺杂降低了阳离子有序化温度，从而使Ce-Zr基氧化物具有更大的表面积。这增强了它们的耐用性和净化有毒气体的能力。

未来，Takamura和他的团队希望通过在蜂窝支架上加载钯来测试这种材料。