Araba egzoz arıtma için yeni bir strateji - oksijen atomlarının kaçış planı
Son yıllarda hava kirliliği insanların sağlığını ve yaşam kalitesini ciddi şekilde etkiledi. İstatistiklere göre, motorlu taşıt egzozlarından kaynaklanan egzoz emisyonları şehirlerdeki toplam hava kirliliğinin% 60-70'ini oluşturmaktadır. Bunlar arasında en zararlıları nitrik oksit (NO) ve karbon monoksittir (CO). NO oda sıcaklığında renksiz, kokusuz ve kanserojendir ve NO havadaki NO2'ye oksitlenebilir ve bu da solunum sistemi üzerinde güçlü bir uyarıcı etkiye sahiptir. CO solunduktan sonra, hemoglobinin oksijen iletme yeteneğini engelleyebilir, insanları boğabilir ve hatta hayatı tehlikeye atabilir.
Araba egzozu nasıl arındırılır? Araştırmacılar, metal oksit katalizörlerini kullanmanın bir yolunu düşündüler. Bu katalizör, CO'nun CO2'ye oksidasyonu için aktif oksijen sağlayabilir. Ayrıca, oksijeni depolamak için NO'nun N2'ye indirgenmesi için oksijen boşlukları sağlar, böylece bir redoks döngüsü oluştururken, CO ve NO iki zararlı maddeyi ortadan kaldırır, böylece araba egzozu saflaştırılabilir.
Bununla birlikte, bu kataliz işleminde, eğer katalizör daha fazla aktif oksijen sağlayamazsa veya daha fazla oksijen boşluğu sağlayamazsa, redoks döngüsünü sınırlayacak ve kirletici maddelerin uzaklaştırılmasını azaltacaktır. Bu nedenle, metal oksit katalitik malzemedeki oksijen atomlarının metalin bağından kaçıp kurtulamayacağı ve daha sonra redoks döngüsüne başarıyla katılıp katılamayacağı, otomobil egzoz arıtmasının verimini kısıtlayan önemli bir konu haline geldi.
Metal ve oksijen arasındaki etkileşimin nasıl zayıflatılacağı, oksijen atomlarının aktivitesinin nasıl artırılacağı ve oksijen atomlarının metallerin bağından olabildiğince kaçmasına ve reaksiyona katılmasına nasıl yardımcı olunacağı, bilim adamlarının üstesinden gelmesi zor bir sorun haline geldi.
Ancak normal şartlar altında, metal oksitteki metal atomu ile oksijen atomu arasındaki etkileşim ve koordinasyon, oksidin kristal yapısını tamamen takip etmelidir.Bu yapı oluştuktan sonra, çok kararlı olacak ve oksijen atomu sıkıca kafeslenecektir. Kesinlikle bağlı, kaçmak zordur. Nasıl yapılır? Birkaç gün önce, Çin Bilimler Akademisi Dalian Kimya Fizik Enstitüsü'nden Sun Jian ve Yu Jiafeng'in araştırma ekibi, metal oksitlerdeki oksijen atomları için bir "kaçış planı" formüle etti.
Bu planın temel sorunu "zaman kazanmak" dır!
Oksitlerle "zaman farkı" yaratmak için yüksek sıcaklıkta söndürme yöntemi kullanmışlar, hızlı bir şekilde oksit oluşturmak için 2000 ° C'lik yüksek bir sıcaklıkta alevleri yakmak için kullanmışlar, ardından oksit kristal yapısının kabaca oluşmasından sonra metal ve oksijen arasında güçlü bir etkileşim oluşmuştur. Önceden, ara geçiş durumunu "yakalamak" için sıcaklık büyük ölçüde düşürüldü!
Bu sırada, oksit kristal yapısı temelde oluşturulur, ancak oksijen atomlarının, düzensiz bir yarı kararlı durumda, metal atomlarını yeniden düzenlemek ve bunlarla güçlü bir etkileşim oluşturmak için zamanları olmamıştır. Bu süreç çok, çok kısadır, prekürsörün ayrışmasından oksidin toplanmasına kadar olan tüm süreç, bilimsel araştırmacının bir saniye içinde kontrol edilmesini gerektirir, bu gerçek "savaşma hızı" dır.
Bu şekilde araştırmacılar, geçiş sürecinde oksijen atomunu düzensiz bir durumda başarıyla kilitlediler.Metal atomunun oksijen atomuna daha zayıf bir bağlanma kuvveti vardır.Daha hafif reaksiyon koşullarında, oksijen atomu metalin bağından kaçabilir ve ona katılabilir. Redoks döngüsünde, otomobil egzozunun saflaştırılmasını hızlandırır.
Metal bağlardan kaçan oksijen atomlarının şematik diyagramı
Çalışma, bu yöntemle hazırlanan Ce-Zr katı çözelti oksitinde oksijen boşluğu bulunmadığını buldu, bu da katalizördeki yarı kararlı oksijen atomlarının reaksiyondan önce ve düşük sıcaklık düşürme ve vakumla işlem gibi nispeten hafif koşullar altında kararlı bir şekilde var olabileceğini gösteriyor. Destekleyici metal vb. Büyük miktarda aktif oksijen açığa çıkarabilir. Geleneksel birlikte çökeltme yöntemiyle hazırlanan Ce-Zr oksit ile karşılaştırıldığında, FSP yöntemiyle hazırlanan oksit, oksijen boşluğu sayısında 19 kat artış sağlayabilir.
Araştırma sonuçları, düşük sıcaklık ve yüksek verimli otomobil egzoz saflaştırma katalizörlerinin geliştirilmesi için teknik bir temel sağlar ve bu katalitik malzemenin hazırlama teknolojisi, yeni oksit katalitik malzemelerin tasarımı ve uygulaması için yeni fikirler sağlar. İlgili araştırma sonuçları çevrimiçi olarak Chemical Science dergisinde (2018, 9, 3386-3394) yayınlanmıştır.
