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May 13, 2023

낮은 작동 온도 세라믹으로 깨끗한 공기를 호흡할 수 있습니다.

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차량 배출가스 감축에 대한 담론의 대부분은 전기자동차(EV)를 중심으로 하고 있지만, 2021년 일본 자동차 구매 중 EV 차량이 차지하는 비중은 1%에 불과해 판매량은 여전히 ​​저조합니다. 한편, 유럽연합에서는 더욱 엄격한 배출가스 규제를 통과시킬 것으로 예상됩니다. 가까운 미래에 표준이 될 것입니다. 이로 인해 휘발유 또는 디젤 구동 차량의 배기 가스 정화 촉매의 성능과 기능을 개선하는 것이 탄소 중립을 향한 추진에 있어 중요한 구성 요소가 되었습니다.

거의 모든 휘발유 또는 디젤 자동차에는 유해한 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 제거하고 이를 질소, 이산화탄소, 수증기와 같은 보다 안전한 가스로 변환하는 촉매 변환기가 장착되어 있습니다. 유독가스는 배기가스 정화 촉매로 코팅된 벌집 구조를 통해 흐릅니다.

산소 저장 용량(OSC)을 갖춘 세라믹은 정화 과정에서 중요한 역할을 합니다. 유해가스를 제거하고 촉매변환기의 귀금속이 조대화되어 정화능력이 저하되는 것을 방지합니다.

그러나 잠재력을 향상하려면 더 낮은 작동 온도가 필요합니다. 그러나 온도를 500°C 미만으로 낮추면 이온 확산이 느려지므로 과학자들은 이를 달성하기 위해 노력해 왔습니다.

이제 도호쿠대학교 공학대학원 연구팀이 결정 구조를 제어해 400℃에서 우수한 OSC를 갖는 세륨-지르코늄 기반(Ce-Zr) 산화물을 개발했다. 400°C에서의 OSC는 귀금속 촉매 없이도 기존 소재보다 13.5배 더 높았습니다.

연구 그룹의 리더인 Hitoshi Takamura 교수는 "우리 성공의 열쇠는 Ce-Zr 기반 산화물에 철과 같은 소량의 전이 금속을 도입하는 것이었습니다."라고 말했습니다.

'전이금속 도핑'은 산화물에 두 가지 주목할만한 영향을 미쳤습니다. 산소 결손의 형성을 완화하고 양이온 순서를 촉진하여 산소 확산을 가속화했습니다.

“양이온 배열은 결정 구조를 정리하고 산소를 쉽게 방출하게 만든다”고 Takamura는 설명했습니다.

철 도핑은 양이온 정렬 온도를 감소시켜 Ce-Zr 기반 산화물의 표면적을 더 크게 만들었습니다. 이로 인해 내구성과 유독가스 정화 능력이 향상되었습니다.

앞으로 Takamura와 그의 그룹은 벌집 지지대에 팔라듐을 적재하여 재료를 테스트하기를 희망합니다.

해당 그룹의 연구 내용은 2022년 9월 27일 Journal of Materials Chemistry A에 게재되었으며 해당 논문은 저널 표지로 선정되었습니다.

참고 자료: Murakami K, Sugawara Y, Tomita J, Ishii A, Oikawa I, Takamura H. Ce와 Fe 사이의 중간상을 통한 양이온 순서 Ce-Zr 기반 산화물의 저온 합성. J Mater Chem A. 2022;10(40):21291-21299. 도이: 10.1039/D2TA05068D

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