Tecnologia de produção em massa estabelecida para nanopartículas de liga de solução sólida
p Fig. 1 Análise STEM-EDX de nanopartículas de liga de solução sólida ternária. Avaliação do estado da solução de liga. As partículas de tamanho de 10 nm são um transportador, e as partículas de 1 a 2 nm que aderem ao transportador são nanopartículas de liga de solução sólida. Na imagem de distribuição do elemento, os três elementos são vermelhos, azul, e verde, e as partículas que estão completamente uniformemente misturadas são representadas em branco.
p Nos Programas de Pesquisa Básica Estratégica do JST, Furuya Metal e Professor Hiroshi Kitagawa, Escola de Pós-Graduação em Ciências, Universidade de Kyoto, desenvolveram tecnologia de produção em massa que permite a síntese contínua de várias partículas de liga de solução sólida nm, que antes era difícil de alcançar. Com esta tecnologia, tivemos sucesso em alcançar uma síntese estável e contínua de nanopartículas de liga de solução sólida de classe de 1 nm e seus catalisadores suportados, que eram difíceis de obter usando métodos gerais de reação de redução da fase líquida (Fig. 1). p Nos métodos convencionais, quando tentamos nanopartículas de liga de solução sólida de produção em massa, o método de mistura de elementos não é uniforme e a distribuição de tamanho de partícula é alargada, tornando difícil sintetizar continuamente com boa qualidade e estabilidade. Para realizar a tecnologia de produção em massa, desenvolvemos recentemente um sistema de produção de fluxo contínuo (Fig. 2) que aplica o método de síntese solvotérmica e o apresentamos à Furuya Metal Co., Ltd. Este equipamento permite a produção contínua, mantendo a qualidade das nanopartículas de liga de solução sólida, e nosso objetivo é a produção em massa com base nesta configuração de equipamento.
p Fig. 2 Diagrama esquemático do equipamento solvotérmico de manufatura de fluxo contínuo. A solução na qual a matéria-prima e o transportador são altamente dispersos, e o agente de redução aquecido usando o aquecedor são misturados no reator em alta temperatura e alta pressão, e os íons de metal são reduzidos a átomos de metal no transportador. Depois disso, átomos de metal crescem no portador ao mesmo tempo que se ligam, mas a solução misturada é resfriada rapidamente, e a agregação de partículas é suprimida. Como resultado, podemos sintetizar um catalisador com nanopartículas de liga de solução sólida de classe de 1 nm suportadas em um transportador.
p As nanopartículas de liga de solução sólida recentemente desenvolvidas por este dispositivo de síntese são uma nova liga feita de metais que eram impossíveis de misturar. Além disso, é bem conhecido em muitos campos de pesquisa, incluindo a ciência catalítica, que as propriedades físicas e químicas das ligas mudam drasticamente ao serem reduzidas à nanoescala. As nanopartículas de liga de solução sólida são consideradas catalisadores inovadores que purificam vários gases de exaustão e convertem de forma eficiente as matérias-primas em produtos químicos básicos e energia. Portanto, eles contribuirão enormemente para a realização de uma sociedade sustentável em tecnologias de purificação ambiental e manufatura que emitam menos dióxido de carbono.
p Na verdade, já está em processo de avaliação como catalisador de purificação de gases de escape para automóveis e catalisadores de processos químicos e estamos promovendo sua implantação na sociedade em colaboração com empresas e instituições de pesquisa nacionais e estrangeiras.
p Fig. 3 Comparação do desempenho de purificação de óxidos de nitrogênio (NOx). As ligas A e B são nanopartículas de liga de solução sólida ternária em que três tipos de elementos são misturados. A e B têm diferentes tipos de elementos. A liga C é uma liga de nanopartículas de solução sólida binária misturada com dois tipos de elementos.
p A Fig. 3 mostra os resultados de um teste de desempenho de purificação para óxidos de nitrogênio (NOx) contidos em um gás de exaustão de automóvel. Conseguimos desenvolver um catalisador barato que é muito superior ao ródio (Rh), que atualmente é usado como o melhor catalisador, e isso mostra atividade em baixas temperaturas. Os catalisadores de purificação de gases de escape automotivos são bons no desempenho de purificação de gases de escape na faixa de temperatura em torno de 600 ° C, e tem havido uma grande demanda por melhoria no desempenho da purificação dos gases de escape quando o motor não é aquecido imediatamente (partida a frio) após a partida. Os regulamentos de emissão de gases de escape para automóveis têm se tornado mais rígidos a cada ano, e mesmo com essa inicialização a frio, é essencial para melhorar a atividade de baixa temperatura que satisfaça os padrões da regulamentação. Na avaliação da Fig. 3, a atividade do catalisador Rh também foi avaliada como comparação; Contudo, a reação da liga A sintetizada com esta tecnologia começou a uma temperatura baixa de aproximadamente 50 ° C. A conversão de NOx a 160 ° C das nanopartículas de liga de solução sólida foi mais de sete vezes maior do que a de Rh, indicando que é inovador.
p Aplicando ainda mais essa tecnologia, espera-se o desenvolvimento de novos materiais de nanopartículas de liga de solução sólida que eram difíceis de fabricar, e o uso prático de materiais de nanopartículas de liga de solução sólida que não tinham tecnologia de produção em massa.
