在汽车行业，除了电气化之外，最重要的问题是应对更严格的废气法规，如欧洲正在制定的欧7标准。 为了应对这一挑战，除了更高的发动机性能外，还必须改善废气净化催化剂的性能和功能。

目前主流的废气净化催化剂由蜂窝状结构、贵金属催化剂（如钯）和被称为辅助催化剂的储氧陶瓷组成。储氧陶瓷负责从废气中去除碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx），并吸收多余的氧气。

东北大学工程研究生院的Hitoshi Takamura教授和他的同事宣布，他们通过在铈-锆氧化物中固溶钴和铁，在低至400℃的操作温度下实现了比传统材料高13.5倍的氧气存储。此外，他们合成了一种晶体结构，在800℃的温度下表现出优异的储氧性能，比以前低400℃。这些结果有助于废气催化剂的低温运行和减少钯等贵金属的使用。

研究重点

该研究小组关注的是，由钴和铁组成的氧化物（尖晶石型氧化物）具有很强的磁性——精确的磁化测量显示，低于5%时钴和铁在铈-锆氧化物中会呈固溶状态。这种含钴、铁的铈-锆氧化物在400℃时显示出13.5倍于现有材料的储存能力，这对于储氧陶瓷来说是一个很低的操作温度，而且它还不含贵金属。

同时，钴和铁的固溶体增加了氧化物表面的氧解离和吸收率，在该温度下拥有充分的循环性能。此外，在低温下还能促成掺铁的氧化铈-锆的特殊晶体结构（κ-结构）的形成，该结构具有铈和锆的规则排列（下图）。

含钴、铁的铈-锆氧化物晶体结构

在此之前，尽管这种规则结构表现出更高的储氧能力，但由于生产过程的困难和无法保持辅助催化剂所需的大比表面积，它的实际使用一直很困难，因为生产它需要在1200℃的氢气中进行强还原过程。然而根据东北大学的发现，仅仅通过添加氧化铁就可以在800℃时出现规则的结构，比以前低400℃。

未来，希望将钴和铁等过渡金属能与钯等贵金属纳米颗粒一起纳入蜂窝型催化剂，并对其废气净化性能和寿命进行评估。 此外，从基础研究的角度来看，作为一种通过添加微量元素控制氧化物有序-无序转化的新方法，它有望被开发成各种晶体体系。

粉体圈Coco编译

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