Соли лантаноидов как «аккумуляторы кислорода»

21 декабря 2006

Химики-неорганики из Японии нашли новое применение соединениям лантаноидов, образующимся в качестве сопутствующих веществ при добыче и переработке руд цветных металлов.

Они разработали систему хранения кислорода, почти в 10 раз более эффективную в сравнении с материалами, используемыми в настоящее время в системах для полного сжигания топлива автомобильного транспорта.

Масато Мачида (Masato Machida), разработавший новую систему совместно с коллегами из Университета Кумамото, поясняет, что использование материалов для хранения кислорода важно для катализаторов контроля выхлопа. Это обстоятельство связано с тем, что подобные композиты накапливают и испускают кислород в количествах, необходимых для создания идеальной по составу воздушно-топливной смеси, позволяющей добиться наиболее полного сгорания моторного топлива. Обычно сжигание бензина или дизельного топлива приводит к образованию токсичных загрязнителей, которые окисляются в менее опасные соединения с помощью "аккумуляторов кислорода".

Группа Мачиды исследовала «аккумуляторы кислорода» на основе оксисульфата празеодима. (Pr₂O₂SO₄), так как это соединение может работать при низких температурах. Японские ученые модифицировали структуру Pr₂O₂SO₄ для увеличения площади его поверхности и понижения рабочей температуры материала. Необходимость заставить аккумулятор кислорода работать при низких температурах важна, так как при низких температурах, как процесс накопления кислорода, так и гетерогенная реакция окисления токсичных выхлопов становится медленной, в результате чего не так просто достичь полной конверсии вредных веществ.

Японские ученые получили оксисульфат празеодима с пористой слоистой структурой, позволяющей добиться ускорения, как высвобождения, так и поглощения кислорода. При полном насыщении празеодимного «аккумулятора» кислородом достигается почти стехиометрическое соотношение Pr₂O₂SO₄ : О₂, равное 1 : 1. Это стехиометрическое соотношение "твердый хозяин" : «газообразный гость» остается практически неизменным и при существенном повышении температуры. Мачида отмечает, что способность «аккумулятора кислорода» запасать и высвобождать кислород, в широком интервале температур, важна, так как часто температура выхлопа может сильно зависеть от условий вождения.

В планах японских исследователей удешевить способ производства празеодимовых «аккумуляторов кислорода» до такой степени, чтобы разработанная ими система смогла вытеснить с рынка широко используемые ныне материалы на основе церия и циркония.