(Hóa học ngày nay-H2N2) Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã chỉ ra rằng perovskites – một lớp các khoáng chất oxit hỗn hợp – có thể dùng làm xúc tác để loại bỏ các chất ô nhiễm từ khí thải động cơ diesel. Các kết quả cho thấy loại xúc tác này rẻ hơn, hoạt tính xúc tác tốt trong việc chuyển hóa khí thải cho động cơ diesel mà không dựa vào nhóm kim loại đắt tiền và khan hiếm như bạch kim.Thông thường, các quá trình oxy hóa NO để thành NO2 trước đây đòi hỏi một chất xúc tác thuộc nhóm bạch kim, tuy nhiên các kim loại này thường rất đắt. Hiện nay, một nhóm các nhà khoa học tại General Motors Global Research and Development tại Michigan đã chỉ ra rằng chất xúc tác dựa trên các ôxít Perovskite La1-X SrX COO3, La1-x Srx MnO3 có thể chuyển đổi NO thành NO2 trong khí thải động cơ diesel mô phỏng một cách hiệu quả như bạch kim. Các ôxít perovskite đơn giản để sản xuất, xử lý và đến nay rẻ hơn, bền nhiệt hơn so với các xúc tác bạch kim trước đây. Các chất xúc tác mới giảm oxy hoá các hydrocacbon trong nhiên liệu và khả năng dễ bị “ngộ độc lưu huỳnh”.
Nhóm nghiên cứu cho rằng họ đang tiếp tục công việc nghiên cứu để làm rõ chính xác và cách thức hoạt động chất xúc tác, trong khi chờ đợi sẽ nghiên cứu hiệu quả của nó trong khí thải động cơ diesel thực.
Cấu trúc của perovskite
Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của vật liệu gốm canxi titanat (CaTiO3). Tên gọi của perovskite được đặt theo tên của nhà khoáng vật học người Nga L. A. Perovski (1792-1856), người có công nghiên cứu và phát hiện ra vật liệu này ở vùng núi Uran của Nga vào năm 1839.
Công thức phân tử chung của các hợp chất perovskite là ABO3 với A và B là các iôn (cation) có bán kính khác nhau. Ở vị trí của iôn Ôxy, có thể là một số nguyên tố khác, nhưng phổ biến nhất vẫn là ôxy. Tùy theo nguyên tố ở vị trí B mà có thể phân thành nhiều họ khác nhau, ví dụ như họ manganite khi B = Mn, họ titanat khi B = Ti hay họ cobaltit khi B = Co…
Thông thường, bán kính iôn A lớn hơn so với B. Cấu trúc của perovskite thường là biến thể từ cấu trúc lập phương với các cation A nằm ở đỉnh của hình lập phương, có tâm là cation B. Cation này cũng là tâm của một bát diện tạo ra bởi các anion O. Cấu trúc tinh thể có thể thay đổi từ lập phương sang các dạng khác như trực giao hay trực thoi khi các iôn A hay B bị thay thế bởi các nguyên tố khác mà hình thức giống như việc mạng tinh thể bị bóp méo đi, gọi là méo mạng Jahn-Teller.
Tính chất của perovskite
Ở cấu trúc sơ khai ban đầu (ở vị trí A và B chỉ có 2 nguyên tố) thì perovskite mang tính chất điện môi phản sắt từ. Sự lý thú trong tính chất của perovskite là nó có thể tạo ra rất nhiều tính chất trong một vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau.
Tính chất điện
Có nhiều perovskite là các chất sắt điện thể hiện tính chất nhiệt điện trở lớn. Nhờ sự pha tạp, tính chất dẫn điện của perovskite có thể thay đổi từ tính chất điện môi sang tính dẫn kiểu bán dẫn, hoặc thậm chí mang tính dẫn kiểu kim loại, hoặc tính chất điện đặc biệt là trật tự điện tích, trạng thái mà ở đó các hạt tải dẫn bị cô lập bởi các iôn từ tính. Ngoài ra, nhiều perovskite có thể mang tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao.
Tính chất từ
Thông thường, perovskite mang tính chất phản sắt từ nhưng tính chất này có thể bị biến đổi thành sắt từ nhờ sự pha tạp các nguyên tố khác nhau. Sự pha tạp các nguyên tố dẫn đến việc tạo ra các iôn mang hóa trị khác nhau ở vị trí B, tạo ra cơ chế tương tác trao đổi gián tiếp sinh ra tính sắt từ. Điều đặc biệt là tính chất từ có thể thay đổi trong nhiều trạng thái khác nhau ở cùng một vật liệu. Khi ở trạng thái sắt từ, perovskite có thể tồn tại hiệu ứng từ điện trở siêu khổng lồ, hoặc hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ hoặc trạng thái thủy tinh – spin ở nhiệt độ thấp, trạng thái mà các spin bị tồn tại trong trạng thái hỗn độn và bị đóng băng bởi quá trình làm lạnh.
Bên cạnh các tính chất điện từ, perovskite còn mang nhiều đặc tính hóa học như có tính hấp phụ một số loại khí hoặc tính chất xúc tác hóa học.
Ứng dụng
Do có nhiều đặc tính điện – từ – hóa khác nhau nên perovskite có mặt trong rất nhiều ứng dụng và được coi là một trong những vật liệu rất lý thú. Với tính chất từ điện trở siêu khổng lồ, perovskite rất hứa hẹn cho các linh kiện spintronics và các cảm biến từ siêu nhạy.
Với nhiều tính chất đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện… perovskite rất hữu ích cho nhiều linh kiện điện tử.
Ngoài ra, perovskite với các tính chất hấp phụ và xúc tác còn được sử dụng trong các pin nhiên liệu, xúc tác trong các quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, xúc tác dehydro hóa.
<
p style=”text-align: justify;”>Nguồn Hoahocngaynay.com
