Met een beetje drukken óf trekken kun je in ceriumoxide viermaal zo veel zuurstof kwijt. Zo wordt het met weinig moeite een veel betere katalysator, schrijft Stanford-onderzoeker William Chueh in Nature Communications.

Dat ceriumoxide raakt bij hoge temperatuur een deel van de zuurstof uit zijn kristalrooster kwijt, zodat het van CeO₂ in CeO_2-δ verandert. Een deel van de Ce⁴⁺-ionen wordt daarbij gereduceerd tot Ce³⁺. In die toestand werkt ceriumoxide als een soort zuurstofspons die zuurstofkernen uit andere verbindingen tijdelijk kan vasthouden. Vandaar bijvoorbeeld het gebruik als uitlaatgaskatalysator in auto’s: het slaat twee vliegen in een klap door zuurstof af te halen van stikstofoxiden en daar koolstofmonoxide mee te veranderen in koolstofdioxide.

Bekend was al dat die zuurstofcapaciteit verandert als je druk- of trekkrachten uitoefent op het ceriumoxide. En tot nu toe nam iedereen instinctief aan dat dat verband wel lineair zou zijn: trekken zou de capaciteit moeten verhogen en samenpersen zou haar moeten verlagen.

Chueh en postdoc Chirranjeevi Balaji Gopal zijn er nu in geslaagd om CeO_2-δ-films van een paar nanometer dik te maken die permanent in beide richtingen óf 5,6 % waren gekrompen óf 2,1 % opgerekt. Dat deden ze door als ondergrond een kristal te gebruiken van een ander materiaal waarin de atomen net iets verder of minder ver van elkaar lagen dan bij natuurlijk CeO_2-δ.

Elektronenmicroscoopopnames laten zien dat het ceriumoxide vervormt om zich te schikken naar die ondergrond, zonder dat defecten in de kristalstructuur ontstaan die de ingebakken rek- of drukspanningen doen afnemen.

En geheel onverwacht bleken beide varianten vier keer zoveel zuurstof te kunnen opnemen als natuurlijk ceriumoxide. De auteurs vermoeden dat ze te maken hebben met meerdere effecten die door elkaar lopen.

Het houdt in dat het niet uitmaakt wat voor mechanische spanning je inbakt in zo’n ceriumoxidefilm, als het maar een spanning is. Dat kan de industriële verwerking van dit materiaal een stuk makkelijker maken.

bron: Stanford