摘 要：研究小组通过将钴和铁固溶在铈锆系氧化物中，使储氧陶瓷在400℃的温度下实现了以往13.5倍的储存量，此外在比以往低400℃的温度下合成了具有优异储氧特性的晶体结构，有望提高尾气净化催化剂的特性，降低钯等贵金属的使用量。
关键字：储氧陶瓷、晶体结构、尾气净化催化剂、贵金属、低温工作、高性能
有望应对欧盟严格的尾气排放标准
自動車産業では電動化に加え、欧州で策定中のEuro7など排ガス規制強化への対応が喫緊の課題です。排ガス浄化触媒の高性能化と貴金属使用量削減の鍵を握るのが酸素貯蔵セラミックスです。
在汽车产业，除了电动化外，应对欧洲正在制定的“Euro7”等严格的尾气排放标准也是一个非常紧迫的课题。储氧陶瓷是提高尾气净化催化剂的性能和减少贵金属使用量的关键。
東北大学大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の高村仁教授らは、セリウム・ジルコニウム系酸化物にコバルトと鉄を固溶させ、400℃という低い作動温度で従来の13.5倍の酸素貯蔵量を達成しました。また、優れた酸素貯蔵特性を示す結晶構造を得るために、これまで合成に1200℃という高温が必要でしたが、その温度を800℃に低減しました。この酸素貯蔵セラミックスの低温作動化と高性能化は触媒中のパラジウム等の貴金属使用量削減にも貢献します。
日本东北大学院工学研究科智能设备材料学的高村仁教授领导的研究小组将钴和铁固溶在铈锆系氧化物中，在400℃的低工作温度下，实现了以往的13.5倍的储氧量。另外，为获得具有优异储氧特性的晶体结构，以往的合成需要1200℃的高温，而本研究将该温度降低到了800℃。实现储氧陶瓷的低温工作和高性能有助于减少催化剂中钯等贵金属的使用量。
图1：尾气催化剂蜂窝（左）和此次开发的储氧陶瓷（右）
2050年のカーボンニュートラルに向けて自動車産業では電気自動車（EV）へのシフトが加速しています。一方、2021年度の国内自動車販売数におけるEV比率は依然として1%未満と低く、エンジン搭載車の排ガス浄化は環境問題において引き続き最重要課題です。
为实现2050年碳中和，汽车产业正在加速向电动汽车（EV）转型。另一方面，2021年度日本国内汽车销量中EV占比仍不到1%，搭载燃油发动机的汽车尾气净化仍是环境问题中最重要的课题。
実際、欧州では2025年の導入を目指して次期排ガス規制(Euro7)の策定が大詰めを迎えており、この規制では有害ガス排出量のさらなる厳格化に加えて、規制物質の追加も検討されている模様です。これらに対処するためには、エンジンの高性能化に加えて、排ガス浄化触媒の高性能化・高機能化が必須です。
实际上，在欧洲，目标在2025年开始实施的新尾气排放标准（Euro7）的制定已接近尾声，该排放标准除了进一步严格限制了有害气体排放量之外，还在讨论增加新的限制排放物质。为应对这些问题，除了提高发动机的性能外，提高尾气净化催化剂的性能和功能也必不可少。
排ガス浄化触媒は、ハニカム構造体、パラジウム等の貴金属触媒、助触媒と呼ばれる酸素貯蔵セラミックスから構成されます。酸素貯蔵セラミックスはセリウム・ジルコニウム系酸化物であり、図2に示すように排ガス中の炭化水素（HC）、一酸化炭素（CO）、窒素酸化物（NOx）の除去や、過剰な酸素を吸収する役割を担っています。
尾气净化催化单元由蜂窝结构体、钯等贵金属催化剂和被称为助催化剂的储氧陶瓷构成。储氧陶瓷是一种铈锆系氧化物，如图2所示，负责去除尾气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）并吸收过剩的氧气。
近年、ハイブリッド車（HEV）などでは排ガス温度が低下傾向にあり、酸素貯蔵セラミックスには低い作動温度でも十分な貯蔵量が求められます。また、酸素貯蔵セラミックスは貴金属触媒ナノ粒子の成長を抑制するため、寿命にも影響を及ぼします。
近年来，混合动力汽车（HEV）等的尾气温度有下降的倾