НОВОСИБИРСК, 17 июня. /ТАСС/. Ученые Института катализа СО РАН получили керамический материал на основе церия и циркония с эффективной структурой для запасания кислорода. В перспективе его можно будет применять в автомобильных катализаторах, энергетике, металлургии и электронике, сообщили ТАСС в пресс-службе института.
Пирохлор - это особый тип кристаллической структуры, в которой есть пустоты для кислорода, расположенные в ней по четкому шаблону. Это отличает пирохлор от тех структур, где атомы разбросаны хаотично. Благодаря такому порядку материал может запасать и отдавать кислород гораздо эффективнее: он использует почти 98% возможностей церия (против 60% у неупорядоченных аналогов), а за счет большой площади поверхности реагирует очень быстро. Поэтому материалы с пирохлорной структурой применяют в автомобильных катализаторах, альтернативной энергетике, металлургии и электронике.
"Специалисты ФИЦ "Институт катализа СО РАН" предложили новый подход к синтезу ценных для химической промышленности и энергетики компонентов - нанодисперсных керамических материалов на основе церия и циркония со структурой пирохлора. Синтез проводят с помощью углеродной оболочки, или "шубы". Этот метод позволяет стабилизировать размер частиц оксида и предотвращает их спекание в процессе высокотемпературного приготовления. Высокая удельная поверхность и кислородная емкость материала делает его потенциально востребованным в различных каталитических приложениях", - рассказали в пресс-службе.
Обычно чтобы получить материал с нужной структурой не менее чем на 50%, его надо долго нагревать до очень высоких температур - 1 300-1 400 градусов Цельсия. Но при таком подходе поверхность материала получается слишком маленькой, и он плохо подходит для использования в катализаторах. Поэтому многие ученые идут на компромисс, они снижают температуру до 1 200 градусов и ниже, чтобы увеличить площадь поверхности, - но из за этого в материале становится меньше нужной пирохлорной структуры и падает его способность запасать кислород.
Ученые Института катализа СО РАН нашли способ обойти эту проблему: они используют "углеродную шубу" - оболочку из углерода, которая наносится на частицы во время нагрева. Благодаря ей материал можно обрабатывать при 1 400 °C, сохраняя высокую дисперсность: в итоге получается структура пирохлора не менее чем на 60 % и огромная площадь поверхности - 74 м /г (в 70 раз больше, чем при старом методе). Это улучшает проводимость кислорода и делает материал гораздо эффективнее для катализа. В дальнейшем исследователи планируют изучить, как такие материалы будут работать с добавками из металлов платиновой группы.