Исследователи из МГУ создали катализатор, включающий оксид церия, и выяснили, как влияет на его свойства добавление марганца. Разработанный материал может заменить дорогостоящие катализаторы, содержащие родий, платину и палладий.

Результаты работы опубликованы в журнале Applied Surface Science.

В настоящее время все автомобили оборудуют каталитическими конвертерами выхлопных газов. Они дожигают угарный газ и недогоревшие продукты сжигания бензина в выхлопе и не позволяют ему попасть наружу и нанести вред здоровью людей и окружающей среде. Основные компоненты таких катализаторов — диоксид церия и наночастицы благородных металлов (платины или палладия и родия).

Первый служит «кислородным буфером» за счет своей способности отдавать для реакции окисления кислород из кристаллической решетки или же, наоборот, поглощать его из газовой фазы. Частицы благородных металлов ускоряют превращение монооксида углерода и углеводородов в углекислый газ, а оксидов азота — в безопасный молекулярный азот. Недостаток таких систем в высокой стоимости и неустойчивости металлических частиц к действию высоких температур и различных каталитических ядов.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи из лаборатории катализа и газовой электрохимии химического факультета МГУ синтезировали несколькими способами смешанные оксидные системы, способные заменить собой драгоценные металлы в катализаторах. В них входят смешанный оксид церия-циркония с добавкой оксида марганца: его вводили в систему либо на стадии синтеза церий-циркониевой системы, либо путем пропитки уже приготовленного двойного оксида Ce_0,8Zr_0,2O₂ раствором ацетата марганца.

В зависимости от способа синтеза авторы получили сложные оксиды с различными физико-химическими характеристиками. Как выяснили ученые, разное распределение оксидов марганца изменяет каталитические свойства при окисления моноксида углерода. Неравномерная локализация оксида марганца улучшает каталитические характеристики: частицы оксида марганца не закрывают всю поверхность церий-циркониевой системы, благодаря чему активный кислород из кристаллической решетки участвует в процессе окисления и повышает эффективность каталитической реакции.