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May 13, 2023

Cerâmica de baixa temperatura operacional nos ajuda a respirar um ar mais limpo

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Embora grande parte do discurso sobre a redução das emissões dos veículos se concentre nos veículos elétricos (EV), suas vendas permanecem baixas - com os veículos EV respondendo por apenas 1% das compras de automóveis no Japão em 2021. Enquanto isso, espera-se que a União Europeia aprove emissões mais rígidas padrões em um 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 em direção à neutralidade de carbono.

Quase todos os carros a gasolina ou diesel são 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 de purificação 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 nos conversores catalíticos fiquem mais grossos, o que degrada suas capacidades de purificação.

Para melhorar seu potencial, no entanto, é necessária uma temperatura operacional 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 da Universidade de Tohoku desenvolveu um óxido à base de Cério-Zircônio (Ce-Zr) com excelente OSC a 400 ºC, controlando sua estrutura cristalina. O OSC a 400 ºC foi superior aos materiais convencionais por um fator de 13,5, mesmo sem catalisadores de metais preciosos.

"A chave do 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 a ordenação de cátions.

"A ordenação de cátions arruma a estrutura do cristal e faz com que o oxigênio seja prontamente liberado", explicou Takamura.

A dopagem com ferro reduziu a temperatura de ordenação de 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.

Os detalhes da pesquisa do grupo foram publicados no Journal of Materials Chemistry A em 27 de setembro de 2022. E o artigo foi escolhido para a capa da revista.

Referência: Murakami K, Sugawara Y, Tomita J, Ishii A, Oikawa I, Takamura H. A síntese de baixa temperatura de óxido à base de Ce-Zr ordenado por cátions por meio de uma fase intermediária entre Ce e Fe. J Mater Chem A. 2022;10(40):21291-21299. doi: 10.1039/D2TA05068D

Este artigo foi republicado a partir dos seguintes materiais. Nota: o material pode ter sido editado em tamanho e conteúdo. Para mais informações, entre em contato com a fonte citada.