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May 13, 2023

La céramique à basse température de fonctionnement nous aide à respirer un air plus pur

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Bien qu'une grande partie du discours sur la réduction des émissions des véhicules soit centrée sur les véhicules électriques (VE), leurs ventes restent faibles - les véhicules VE ne représentant que 1 % des achats de voitures au Japon en 2021. Pendant ce temps, l'Union européenne devrait adopter des normes plus strictes en matière d'émissions. normes dans un futur proche. Cela fait de l'amélioration des performances et de la fonctionnalité des catalyseurs de purification des gaz d'échappement des véhicules à essence ou diesel un élément essentiel de la transition vers la neutralité carbone.

Presque toutes les voitures à essence ou diesel sont équipées de convertisseurs catalytiques qui éliminent les hydrocarbures nocifs, le monoxyde de carbone et l'oxyde d'azote et les convertissent en gaz plus sûrs tels que l'azote, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Les gaz toxiques circulent à travers une structure en nid d'abeille, recouverte de catalyseurs de purification des gaz d'échappement.

Les céramiques à capacité de stockage d'oxygène (OSC) jouent un rôle crucial dans le processus de purification. Ils aident à éliminer les gaz nocifs et empêchent les métaux précieux des convertisseurs catalytiques de grossir, ce qui dégrade leurs capacités de purification.

Cependant, pour améliorer leur potentiel, une température de fonctionnement plus basse est nécessaire. Mais les scientifiques ont eu du mal à y parvenir car la réduction de la température à moins de 500 ºC entraîne une diffusion des ions plus lente.

Aujourd'hui, un groupe de recherche de la Graduate School of Engineering de l'Université de Tohoku a développé un oxyde à base de cérium-zirconium (Ce-Zr) avec une excellente OSC à 400 ºC en contrôlant sa structure cristalline. L'OSC à 400 ºC était plus élevé que les matériaux conventionnels d'un facteur de 13,5, même sans catalyseurs de métaux précieux.

"La clé de notre succès a été l'introduction d'une infime quantité de métaux de transition, tels que le fer, dans les oxydes à base de Ce-Zr", a déclaré le professeur Hitoshi Takamura, chef du groupe de recherche.

Le « dopage au métal de transition » a eu deux effets notables sur les oxydes. Il a accéléré la diffusion de l'oxygène en facilitant la formation de lacunes d'oxygène et en favorisant l'ordre des cations.

"L'ordre des cations organise la structure cristalline et libère facilement l'oxygène", a expliqué Takamura.

Le dopage au fer a réduit la température d'ordonnancement des cations, ce qui a permis à son tour une plus grande surface pour les oxydes à base de Ce-Zr. Cela a amélioré leur durabilité et leur capacité à purifier les gaz toxiques.

À l'avenir, Takamura et son groupe espèrent tester le matériau en le chargeant de palladium sur des supports en nid d'abeille.

Les détails des recherches du groupe ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry A le 27 septembre 2022. Et l'article a été choisi pour la couverture de la revue.

Référence : Murakami K, Sugawara Y, Tomita J, Ishii A, Oikawa I, Takamura H. J Mater Chem A. 2022;10(40):21291-21299. doi : 10.1039/D2TA05068D

Cet article a été republié à partir des documents suivants. Remarque : le matériel peut avoir été modifié pour la longueur et le contenu. Pour plus d'informations, veuillez contacter la source citée.