走近云南省科学技术奖获奖项目 科技创新赋能高质量发展
日期：
2021-06-22
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我国是稀土生产大国，由于中重轻稀土元素在矿物中具有伴生特性，中重稀土元素供不应求的同时带来轻稀土元素严重挤压，造成资源浪费。昆明理工大学校长、 省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室主任王华介绍，镧、铈等轻稀土氧化物及复合氧化物具有优异的储氧性能，已被广泛应用于汽车尾气催化净化和化学链技术。尽管国际学术界对稀土储氧材料进行了大量研究，但在材料设计、性能调控和反应机理方面还存在许多难题。首先是材料设计理念没有突破，大多限制于掺杂和负载等方法。此外，储氧—催化功能无法实现有机耦合，储氧材料参与催化反应的机理认识不清。此外，储氧量与稳定性无法兼备，传统储氧材料无法满足化学链技术高温运行的要求。瞄准这些难题，团队展开研究，“铈基稀土储氧催化材料的构建与性能调控”获2020年度云南省自然科学奖特等奖。针对储氧材料存在的问题，团队另辟蹊径。其中，自诱导界面提升氧迁移率与活化能力；界面氧通道提升储氧量和氧化还原稳定性；界面缺陷提升热稳定性和选择性。通过界面调控，满足了高温储氧材料兼顾储氧量与稳定性、耦合储氧与催化功能、调控氧迁移与选择性的设计要求。掺杂变价金属离子形成固溶液是大幅提升稀土储氧材料储氧量的常用方法，然而变价离子掺杂引起的严重晶格畸变和离子价态变化容易削弱其高温热稳定性。和传统的固溶体型储氧材料不同，项目组提出通过异质氧化物界面的相互作用，提升晶格氧迁移速率和材料热稳定性的储氧性能调控新思路，解决了储氧材料活性和稳定性难以协调的难题，阐释了异物氧化物间界面耦合活化位与氧离子通道效应的作用机制，建立界面驱动的复合储氧材料制备新方法。王华介绍，攻破了系列技术难题，项目构筑了适用于化学链技术的新型高活性氧载体，开发的新型轻稀土储氧材料获国际同行广泛认可，且已产业化应用。通过该类型稀土储氧材料的使用可实现贵金属减量化，催化剂成本降低30%至40%，性能显著提升，可应用于汽车尾气治理、工厂有害气体排放治理等。
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