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Embora grande parte do discurso sobre a redução de emissões de veículos se concentre em veículos elétricos (EV), suas vendas permanecem baixas – com veículos EV representando apenas 1% das compras de carros no Japão em 2021. normas de emissão num futuro próximo. Isso torna a melhoria do desempenho e da funcionalidade dos catalisadores de purificação de gases de escape em veículos movidos a gasolina ou diesel um componente crítico no impulso para a neutralidade de carbono.
Quase todos os carros a gasolina ou diesel estão equipados com conversores catalíticos que removem hidrocarbonetos nocivos, monóxido de carbono e óxido de nitrogênio e os convertem em gases mais seguros, como nitrogênio, dióxido de carbono e vapor de água. Os gases tóxicos fluem através de uma estrutura de favo de mel, revestida com catalisadores purificadores de gases de escape.
Cerâmicas com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) desempenham um papel crucial no processo de purificação. Eles ajudam a remover gases nocivos e evitam que os metais preciosos em conversores catalíticos engrossem, o que degrada suas capacidades de purificação.
Para melhorar seu potencial, no entanto, é necessária uma temperatura de operação mais baixa. Mas os cientistas têm lutado para conseguir isso, pois a redução da temperatura para menos de 500 ºC resulta em uma difusão de íons mais lenta.
Agora, um grupo de pesquisa da Escola de Engenharia de Pós-Graduação da Universidade de Tohoku desenvolveu um óxido à base de Cério-Zircônio (Ce-Zr) com excelente OSC a 400 ºC, controlando sua estrutura cristalina. A OSC a 400 ºC foi superior aos materiais convencionais por um fator de 13,5, mesmo sem catalisadores de metais preciosos.
“A chave para o nosso sucesso foi a introdução de uma pequena quantidade de metais de transição, como o ferro, nos óxidos à base de Ce-Zr”, disse o professor Hitoshi Takamura, líder do grupo de pesquisa.
A ‘dopagem de metais de transição’ teve dois efeitos notáveis nos óxidos. Acelerou a difusão de oxigênio, facilitando a formação de vacâncias de oxigênio e promovendo o ordenamento de cátions.
“A ordenação de cátions arruma a estrutura cristalina e torna o oxigênio prontamente liberado”, explicou Takamura.
A dopagem com ferro reduziu a temperatura de ordenação dos cátions, o que por sua vez possibilitou uma maior área superficial para os óxidos à base de Ce-Zr. Isso aumentou sua durabilidade e capacidade de purificar gases tóxicos.
No futuro, Takamura e seu grupo esperam testar o material carregando-o com paládio em suportes de favo de mel.
Detalhes da pesquisa do grupo foram publicados no Jornal de Química de Materiais A em 27 de setembro de 2022. E o artigo foi escolhido para a capa da revista.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tohoku. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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