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May 13, 2023

La cerámica de baja temperatura operativa nos ayuda a respirar aire más limpio

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Aunque gran parte del discurso sobre la reducción de las emisiones de los vehículos se centra en los vehículos eléctricos (EV), sus ventas siguen siendo bajas: los vehículos EV representan solo el 1% de las compras de automóviles en Japón en 2021. Mientras tanto, se espera que la Unión Europea apruebe emisiones más estrictas. estándares en un futuro próximo. Esto hace que mejorar el rendimiento y la funcionalidad de los catalizadores de purificación de gases de escape en vehículos de gasolina o diésel sea un componente fundamental en el impulso hacia la neutralidad de carbono.

Casi todos los automóviles de gasolina o diésel están equipados con convertidores catalíticos que eliminan los hidrocarburos nocivos, el monóxido de carbono y el óxido de nitrógeno y los convierten en gases más seguros, como nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua. Los gases tóxicos fluyen a través de una estructura de panal, recubierta con catalizadores purificadores de gases de escape.

Las cerámicas con capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC) juegan un papel crucial en el proceso de purificación. Ayudan a eliminar los gases nocivos y evitan que los metales preciosos de los convertidores catalíticos se vuelvan gruesos, lo que degrada su capacidad de purificación.

Sin embargo, para mejorar su potencial, se requiere una temperatura de funcionamiento más baja. Pero los científicos han luchado para lograr esto, ya que reducir la temperatura a menos de 500 ºC da como resultado una difusión de iones más lenta.

Ahora, un grupo de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tohoku ha desarrollado un óxido a base de cerio-zirconio (Ce-Zr) con excelente OSC a 400 ºC mediante el control de su estructura cristalina. El OSC a 400 ºC fue superior a los materiales convencionales por un factor de 13,5, incluso sin catalizadores de metales preciosos.

"La clave de nuestro éxito fue la introducción de una pequeña cantidad de metales de transición, como el hierro, en los óxidos a base de Ce-Zr", dijo el profesor Hitoshi Takamura, líder del grupo de investigación.

El 'dopaje de metales de transición' tuvo dos efectos notables en los óxidos. Aceleró la difusión de oxígeno al facilitar la formación de vacantes de oxígeno y promovió el ordenamiento de cationes.

"El orden de los cationes ordena la estructura cristalina y hace que el oxígeno se libere fácilmente", explicó Takamura.

El dopaje con hierro redujo la temperatura de ordenación de cationes, lo que a su vez permitió una mayor superficie para los óxidos a base de Ce-Zr. Esto mejoró su durabilidad y capacidad para purificar gases tóxicos.

En el futuro, Takamura y su grupo esperan probar el material cargándolo con paladio sobre soportes de nido de abeja.

Los detalles de la investigación del grupo se publicaron en el Journal of Materials Chemistry A el 27 de septiembre de 2022. Y el artículo fue elegido para la portada de la revista.

Referencia: Murakami K, Sugawara Y, Tomita J, Ishii A, Oikawa I, Takamura H. La síntesis a baja temperatura de óxido basado en Ce-Zr ordenado por cationes a través de una fase intermedia entre Ce y Fe. J Mater Chem A. 2022;10(40):21291-21299. doi: 10.1039/D2TA05068D

Este artículo se ha vuelto a publicar a partir de los siguientes materiales. Nota: el material puede haber sido editado por su extensión y contenido. Para obtener más información, póngase en contacto con la fuente citada.