近年では、大気汚染は、統計市内で総大気汚染の60から70パーセントを占め、自動車排出ガスによる。人々の健康と生活の質に重大な影響を与えている。その中でも、最も深刻なは間違いなく、一酸化窒素ました（No）は、室温でNO無色、無臭の一酸化炭素（CO）およびヒトにおける癌を引き起こし、NOがNO 2に空気中で酸化することができ、NO2は、呼吸器系に強力な刺激効果を有し、COに吸い込まれます、酸素を運搬するヘモグロビンの能力を阻害窒息しても、命を危険にさらします。
研究者は、金属酸化物触媒を用いる方法を考え出しました。この触媒は、COをCO2に酸化するための活性酸素を提供することができます。また、NOをN2に還元して酸素を貯蔵する酸素空孔を提供します。レドックスサイクル、COとNOの2種類の有害物質を除去して、自動車排気ガスを浄化することができます。
しかし、この触媒工程では、触媒がより活性な酸素を供給できない場合や、酸素空孔を多く供給できない場合には、酸化還元サイクルが制限され、汚染物質の除去効果が低下するため、金属酸化物触媒材料酸素原子は金属の結合から脱離し、酸化還元サイクルにうまく参加することができ、自動車排ガス浄化の効率を制限する重要な問題となる。
どのように金属酸素の役割を弱め、酸素原子の活性を高め、できるだけ金属の結合から酸素原子を逃がし、反応に参加することが科学者が克服しなければならない問題になっている。
しかし、通常の状況下では、金属酸化物中の金属原子と酸素原子との相互作用や配位条件等は酸化物の結晶構造に完全に追従しなければならず、この構造が形成されると非常に安定し、酸素原子は結晶格子中に保持される。数日前、中国科学アカデミー大連化学物理学研究所のSun JianとYu Jiafeng研究チームは、金属酸化物中の酸素原子のための「脱出計画」を特別に開発しました。
この計画の中核となる問題は、「時間を奪う」ことです！
彼らは酸化物との時間差を作るために高温急冷法を用い、2000℃の高温で酸化物を燃焼させて酸化物を急速に燃焼させ、酸化物結晶構造が粗く形成された後、金属と酸素の強い相互作用が起こった。前に、すばやくクールダウン、中間の移行状態を 'クロール'！
このとき、酸化物結晶構造は基本的には形成されているが、酸素原子は再配列されておらず、金属原子と強い相互作用をしており、非常に不安定な準安定状態にあり、前駆体から酸化物に分解する。収集の全プロセスは、科学研究員が数秒以内に制御することを必要とします。これは本当の「戦い」です。
このようにして、研究者らは、遷移中に酸素原子を不規則な状態に固定することに成功した。金属原子は酸素原子との結合が弱いため、酸素原子は金属結合から脱離し、レドックスサイクルは、自動車の排気ガスの浄化を促進します。
金属結合から酸素原子が脱出する
この方法で調製したCe-Zr固溶体は、酸素欠損が見られず、反応前に安定して存在する準安定酸素原子が低温還元、真空処理などの比較的穏やかな条件下で存在することが示された。金属等を担持させることにより、多量の活性酸素を放出させることができる。共沈法により製造された従来のCe-Zr酸化物に比べて、FSP法で作製された酸化物が提供できる酸素欠損量は19倍に増加する。
この研究成果は、低温で効率的な自動車排気ガス浄化触媒の開発のための技術的基礎を提供し、この触媒材料調製技術は、新しい酸化物触媒材料の設計と応用のための新しいアイディアを提供する。 （Chemical Science、2018、9、3386-3394）誌を参照されたい。