science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Gevestigde massaproductietechnologie voor nanodeeltjes van vaste-oplossinglegeringen

Fig. 1 STEM-EDX-analyse van nanodeeltjes van ternaire vaste-oplossinglegeringen. Legering oplossing staat evaluatie. De deeltjes van 10 nm zijn een drager, en de deeltjes van 1 tot 2 nm die aan de drager hechten, zijn nanodeeltjes van een legering met een vaste oplossing. In de afbeelding van de elementdistributie, de drie elementen zijn rood gekleurd, blauw, en groen, en deeltjes die volledig uniform gemengd zijn, zijn weergegeven in het wit.

In de JST Strategische Basisonderzoeksprogramma's, Furuya Metal en professor Hiroshi Kitagawa, Graduate School of Science, Universiteit van Kyoto, hebben massaproductietechnologie ontwikkeld die de continue synthese van verschillende nm deeltjes van vaste-oplossinglegeringen mogelijk maakt, die voorheen moeilijk te realiseren waren. Met deze technologie, we zijn erin geslaagd een stabiele en continue synthese te bereiken van nanodeeltjes van 1nm-klasse vaste-oplossinglegeringen en hun ondersteunde katalysatoren, die moeilijk te verkrijgen waren met behulp van algemene methoden van reductiereactie in de vloeibare fase (figuur 1).

Bij de conventionele methoden, wanneer we massaproductie van nanodeeltjes met vaste oplossing proberen, de mengmethode van elementen is niet uniform en de deeltjesgrootteverdeling wordt verbreed, waardoor het moeilijk is om continu te synthetiseren met een goede kwaliteit en stabiliteit. Om massaproductietechnologie te realiseren, we hebben nieuw een continu-stroomproductiesysteem ontwikkeld (Fig. 2) dat de solvothermische synthesemethode toepast en geïntroduceerd bij Furuya Metal Co., Ltd. Deze apparatuur maakt continue productie mogelijk met behoud van de kwaliteit van nanodeeltjes met een vaste oplossing, en we streven naar massaproductie op basis van deze apparatuurconfiguratie.

Fig. 2 Schematisch diagram van solvothermische productieapparatuur met continue stroom. De oplossing waarin de grondstof en de drager sterk verspreid zijn, en het met behulp van de verwarmer verwarmde reductiemiddel wordt bij hoge temperatuur en hoge druk in de reactor gemengd, en de metaalionen worden op de drager gereduceerd tot metaalatomen. Daarna, metaalatomen groeien op de drager tegelijk met legeren, maar de gemengde oplossing wordt snel afgekoeld, en de aggregatie van deeltjes wordt onderdrukt. Als resultaat, we kunnen een katalysator synthetiseren met nanodeeltjes van 1nm-klasse vaste-oplossingslegering op een drager.

De nieuw ontwikkelde nanodeeltjes van een legering met vaste oplossing door dit syntheseapparaat is een nieuwe legering gemaakt van metalen die onmogelijk met elkaar te mengen waren. Verder, het is algemeen bekend in veel onderzoeksgebieden, waaronder de katalytische wetenschap, dat de fysische en chemische eigenschappen van legeringen drastisch veranderen door te reduceren tot de nanoschaal. De nanodeeltjes met een vaste oplossing worden beschouwd als innovatieve katalysatoren die verschillende uitlaatgassen zuiveren en grondstoffen efficiënt omzetten in basischemicaliën en energie. Daarom, ze zullen een grote bijdrage leveren aan de realisatie van een duurzame samenleving in milieuzuiverings- en productietechnologieën die minder koolstofdioxide uitstoten.

In feite, het wordt al geëvalueerd als uitlaatgaszuiveringskatalysator voor auto's en chemische proceskatalysatoren en we promoten de implementatie ervan in de samenleving in samenwerking met binnen- en buitenlandse bedrijven en onderzoeksinstellingen.

Fig. 3 Vergelijking van zuiveringsprestaties van stikstofoxiden (NOx). Legeringen A en B zijn ternaire vaste-oplossing legering nanodeeltjes waarin drie soorten elementen worden gemengd. A en B hebben verschillende soorten elementen. Legering C is een binaire vaste-oplossing legering nanodeeltjes gemengd met twee soorten elementen.

Fig. 3 toont de resultaten van een zuiveringsprestatietest voor stikstofoxiden (NOx) in een auto-uitlaatgas. We zijn erin geslaagd een goedkope katalysator te ontwikkelen die veel beter is dan rhodium (Rh), die momenteel wordt gebruikt als de beste katalysator, en dat toont activiteit bij lage temperaturen. Auto-uitlaatgaszuiveringskatalysatoren zijn goed in uitlaatgaszuiveringsprestaties in het temperatuurbereik rond 600 ° C, en er was een grote vraag naar verbetering van de prestaties van de uitlaatgaszuivering wanneer de motor niet onmiddellijk wordt opgewarmd (koude start) nadat deze is gestart. De uitlaatemissievoorschriften voor auto's worden jaar na jaar strenger, en zelfs bij zo'n koude start, het is essentieel om de activiteit bij lage temperaturen te verbeteren die voldoet aan de reguleringsnormen. In de evaluatie van Fig. 3, de activiteit van de Rh-katalysator werd ook ter vergelijking geëvalueerd; echter, de reactie van legering A gesynthetiseerd met behulp van deze technologie begon bij een lage temperatuur van ongeveer 50°C. De NOx-conversie bij 160°C van de nanodeeltjes van een legering met een vaste oplossing was meer dan zeven keer hoger dan die van Rh, geeft aan dat het innovatief is.

Door deze technologie verder toe te passen, er wordt verwacht dat het nieuwe materialen met een vaste oplossing van legeringsnanodeeltjes zal ontwikkelen die moeilijk te fabriceren waren, en praktisch gebruik van nanodeeltjesmaterialen met een vaste oplossing die zonder massaproductietechnologie waren geweest.