Auto's worden geconfronteerd met steeds strengere emissievoorschriften in een poging de hoeveelheid schadelijke luchtverontreinigende stoffen die in het milieu terechtkomen te verminderen. In Japan, bijvoorbeeld, de huidige emissienormen voor NO _x en niet-methaan koolwaterstoffen zijn minder dan 0,05 g/km. Momenteel, een methode om schadelijke emissies te verminderen is met een krachtige, driewegkatalysator (TWC) omzetter. Dit apparaat reduceert schadelijke stikstofoxiden tot stikstof en zuurstof, oxideert koolmonoxide tot kooldioxide, en oxideert onverbrande koolwaterstoffen tot koolstofdioxide en water. Echter, het vereist het gebruik van het zeldzame aardelement Cerium (Ce), die in prijs stijgt en kan kampen met bevoorradingsproblemen. Professor Masato Machida van de Kumamoto University, Japan heeft manieren onderzocht om de hoeveelheid Ce die in katalysatoren wordt gebruikt te verminderen en zelfs een alternatief materiaal te vinden om het te vervangen.

In hun meest recente poging om de hoeveelheid Ce in hun experimentele katalysator te verminderen, Professor Machida en medewerkers van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science &Technology (AIST) hebben ceriumoxide geënt op MnFeO _ja (Directeur ₂ /MnFeO _ja ), en hun nieuwe katalysator vergeleken met twee referentiekatalysatoren, Directeur ₂ /Fe ₂ O ₃ en CeO ₂ /Mn ₂ O ₃ . Na beoordeling van de zuurstofafgifteprofielen door middel van temperatuurgeprogrammeerde reductie van koolmonoxide (CO-TPR), ontdekten de onderzoekers dat hoewel CeO ₂ /Mn ₂ O ₃ vertoonden zuurstofafgiftesnelheden groter dan CeO ₂ /MnFeO _ja tussen ~350 en ~550 graden Celsius, de experimentele katalysator begon vrij te komen bij de laagst mogelijke temperatuur. Dit leverde bewijs dat de zuurstofafgifte werd verbeterd door zowel Fe . als ₂ O ₃ en Mn ₂ O ₃ , en enten CeO ₂ naar het oppervlak.

De zuurstofopslagcapaciteit (OSC) bleek ook te verbeteren met de toevoeging van CeO ₂ , wat het bewijs van het zuurstofgateway-effect ondersteunt. De onderzoekers denken dat dit te wijten is aan een verhoging van de efficiëntie wanneer de twee zuurstofopslagmaterialen worden samengebracht. Het belangrijkste is, echter, is het vermogen van de TWC om variaties in de lucht-brandstofverhouding (A/F) te bufferen tijdens brandstofrijke en brandstofarme uitlaten. Voor dit experiment is Pd/A ₂ O ₃ werd gebruikt als referentie tegen de CeO ₂ /MnFeO _ja experimentele katalysator. De experimentele katalysator bleek een uitgesproken bufferend effect te hebben, terwijl de referentiekatalysator er geen had. Verder, het buffereffect bleek toe te nemen naarmate variaties in de A/F-frequentie toenam. Men dacht dat dit te wijten was aan de hoge zuurstofafgiftesnelheid van CeO ₂ in de beginfase van het experiment.

De onderzoekers testten vervolgens hun nieuwe katalysator in omstandigheden die meer op de echte wereld leken. Gebruikmakend van de Japanse standaard JC08 (hot start) modus voor benzinemotoren, ze ontwikkelden twee (referentie en experimentele) honingraatkatalysatoren op ware grootte en vergeleken hun prestaties met behulp van een viercilinder, 1339 cc, benzinemotor op een rollenbank. De experimentele katalysator was een 1:2 gew.-verhouding van 1 gew.% Rh-geladen CeO ₂ /MnFeO _ja en 2,5 gew.% Pd/A ₂ O ₃ , en de referentiekatalysator was een mengsel van 1 gew.% Rh/CeO ₂ en Pd/A ₂ O ₃ . De experimentele katalysator gebruikte 30% minder CeO ₂ dan de referentie, waardoor de behoefte aan het zeldzame aardmetaal wordt verminderd.

Uit de tests van de katalysatoren van volledige grootte bleek dat de conversieratio van totale koolwaterstoffen (THC) voor beide omvormers zeer hoog en relatief consistent is gedurende de test van 20 minuten, en de referentiekatalysator presteert over het algemeen iets beter. Wisselkoersen voor CO en NO _x sterk variëren met het motortoerental, versnelling, en vertraging voor beide katalysatoren, en de verschillen tussen de twee katalysatoren zijn erg klein. Ondanks de 30% reductie in CeO ₂ , de experimentele katalysator presteerde zeer vergelijkbaar met de referentiekatalysator.

"Onze nieuwe katalysator is veelbelovend en we hopen dat we een manier kunnen vinden om de prestaties te verbeteren. vooral bij lagere temperaturen, " zei professor Machida. "CeO ₂ -ZrO ₂ werkt goed voor zuurstofopslag en -afgifte bij hoge reactiesnelheden, en we werken momenteel aan het maken van een composiet ermee en de MnFeO _ja zuurstof reservoir. We hopen de prestaties van de katalysator te kunnen verbeteren en tegelijkertijd de hoeveelheid dure zeldzame aardelementen te verminderen."