В последние годы загрязнение воздуха серьезно повлияло на здоровье и качество жизни людей. Согласно статистике, выхлопные газы, выделяемые выхлопом автотранспортных средств, составляют 60-70% от общего загрязнения воздуха в городе. Среди них наиболее опасным является оксид азота. (NO) и окиси углерода (СО). NO бесцветен, не имеет запаха и канцерогенности для человека при комнатной температуре, и NO может окисляться до NO2 в воздухе. NO2 оказывает сильное стимулирующее действие на дыхательную систему. Может ингибировать способность гемоглобина транспортировать кислород, задыхаться и даже угрожать жизни.
Как мы очищаем выхлопные газы? Исследователи разработали метод, в котором используется катализатор на основе оксида металла. Этот катализатор может обеспечить активный кислород для окисления СО до СО2. Кроме того, он обеспечивает кислородные вакансии для восстановления NO до N2 для хранения кислорода. Редокс-цикл, удаляя СО и NO два вредных вещества, так что выхлопные газы могут быть очищены.
Однако в этом каталитическом процессе, если катализатор не может обеспечить более активный кислород или не может обеспечить больше вакансий кислорода, он ограничит окислительно-восстановительный цикл и уменьшит эффект удаления загрязняющих веществ. Поэтому каталитический материал оксида металла Кислородные атомы могут выйти из рабства металла, а затем успешно участвовать в окислительно-восстановительном цикле, и это становится ключевым вопросом, который ограничивает эффективность очистки выхлопных газов автомобилей.
Как ослабить роль металл-кислород, повысить активность атомов кислорода, помочь атомам кислорода выйти из рабства металла в максимально возможной степени, и участие в реакции стало проблемой, которую должны преодолеть ученые.
Однако при нормальных обстоятельствах взаимодействие атомов металла с атомами кислорода в оксиде металла, координация и т. Д. Должно полностью следовать кристаллической структуре оксида. Как только эта структура будет сформирована, она будет очень стабильной, а атомы кислорода будут удерживаться в кристаллической решетке. Несколько дней назад исследовательская группа Sun Jian и Yu Jiafeng из Института химической физики им. Даляна, Китайская академия наук, специально разработали «план спасения» для атомов кислорода в оксидах металлов.
Основная проблема этого плана - «захватить время»!
Они использовали метод высокотемпературной закалки, чтобы сделать «разницу во времени» с оксидами. Они использовали пламя для сжигания оксидов при высокой температуре 2000 ° С для быстрого образования оксидов. Затем, после того, как оксидные кристаллы были сформированы грубо, они дали сильное взаимодействие между металлом и кислородом. Прежде, быстро остыньте, «сканируйте» среднее переходное состояние!
В это время кристаллическая структура оксида в основном образуется, но атомы кислорода еще не были перегруппированы и образуют сильное взаимодействие с атомами металла, и они находятся в неупорядоченном метастабильном состоянии. Этот процесс очень, очень короткий, от предшественника до оксида Весь процесс сбора требует от научного персонала контроля за завершением в течение нескольких секунд, что является реальной «борьбой».
Таким образом, исследователи успешно заблокировали атомы кислорода в неупорядоченном состоянии во время перехода. Атомы атомов более слабо связаны с атомами кислорода. В более мягких условиях реакции атомы кислорода могут выйти из рабства металла. Редокс-цикл, который ускоряет очистку автомобильных выхлопов.
Кислородные атомы выходят из металлического связывания
Было обнаружено, что кислотные вакансии не обнаружены в оксидах твердого раствора Ce-Zr, полученных этим способом, что указывает на то, что метастабильные атомы кислорода в катализаторе могут стабильно присутствовать перед реакцией и в относительно мягких условиях, таких как низкотемпературное восстановление, вакуумная обработка. Большое количество активного кислорода может выделяться посредством поддержки металлов и т. Д. По сравнению с обычным оксидом Се-Zr, полученным методом совместной осаждения, количество вакансий кислорода, обеспечиваемых оксидами, полученными методом FSP, увеличивается в 19 раз.
Результаты исследований обеспечивают техническую основу для разработки низкотемпературных эффективных катализаторов очистки выхлопных газов для автомобилей, и эта технология подготовки каталитических материалов дает новые идеи для разработки и применения новых оксидных каталитических материалов. Связанные результаты исследований были опубликованы в Интернете в «Химической науке». (Chemical Science, 2018, 9, 3386-3394).