Dynamiske katalysatorer til ren luft i byen

Reduktion af forurenende emissioner af køretøjer og opfyldelse af strengere udstødningsgasstandarder er store udfordringer ved udvikling af katalysatorer. Et nyt koncept kan være med til effektivt at behandle udstødningsgasser efter koldstart af motorer og i bytrafik og reducere forbruget af dyrt ædelmetal. Det er baseret på interaktionen mellem platin og ceriumoxidbæreren for at kontrollere katalytisk aktivitet ved kortsigtede ændringer af motorens driftstilstand, forskere rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Takket være dens gode katalytiske egenskaber, platin anvendes ofte i katalysatorer af køretøjer. I øjeblikket, omkring 60% af den europæiske platinhandel bruges til dette formål. Ved hjælp af en dieseloxidationskatalysator (DOC), hvor efterforbrænding af kulbrinter og kulilte finder sted, forskerne ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og deres partnere fandt ud af, at partikelstørrelsen og oxidationstilstanden for platinkomponenten under drift kan ændres specifikt. Interaktioner mellem bærermaterialet og det påførte ædelmetal spiller en vigtig rolle. Resultaterne afspejler en meget dynamisk katalysatoroverflade, der reagerer ekstremt følsomt på ydre påvirkninger, såsom udstødningsgassammensætning. Forskerne præsenterer måder at bruge denne dynamik til at forbedre katalysatorer.

"Det særlige er, at vi kan justere størrelsen og tilstanden af ​​de ædle metal -nanopartikler på overfladen af ​​katalysatoren. Metoderne gør det muligt for os at gøre dette under relevante og endda reelle driftsbetingelser og, derfor, til direkte at justere materialets katalytiske aktivitet, "siger Andreas Gänzler, forsker ved KIT's Institute for Chemical Technology and Polymer Chemistry (ITCP) og hovedforfatter til undersøgelsen "Tuning the Struktur of Platinum Particles on Ceria In Situ for Enhancing the Catalytic Performance of Exhaust Gas Catalysts" offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Angewandte Chemie (Anvendt kemi). I deres undersøgelse, forskerne demonstrerede, hvor følsomt tilstanden af ​​platin reagerer på sammensætningen, dvs. forholdet mellem kulilte og ilt, og temperaturen på udstødningsgassen. Motordrift er allerede specifikt modificeret i udstødningsgasbehandlingssystemer, der bruges i dag. På denne måde, udstødningsgassammensætning justeres til regenerering af partikelfiltre eller NOx -lagringskatalysatorer. Undersøgelsen afslører, at det også er muligt optimalt at indstille den aktive platinkomponent for at øge katalysatorens aktivitet og reducere forbruget af ædelmetal.

I løbet af det tysk-franske samarbejdsprojekt, komplekse metoder blev brugt til at observere materialerne under driftsbetingelser. Ved hjælp af miljøtransmissionselektronmikroskopi (ETEM), strukturelle ændringer på atomets niveau af materialet blev visualiseret. Røntgenabsorptionsspektroskopi ved SOLEIL-synkrotronen i det franske St. Aubin og ved KARA Karlsruhe Research Accelerator fra KIT blev anvendt til at studere processerne under realistiske udstødningsgasforhold. "Baseret på disse observationer af katalysatormaterialer under reelle forhold, fund kan overføres meget hurtigere til ansøgning, ”Påpeger Gänzler.

Ved hjælp af de opnåede fund, katalytisk aktivitet af dieseloxidation katalysatorer kan forbedres ved lav temperatur. Ud fra deres observationer, forskerne udledte et lovende grundlæggende koncept for specifikt at justere størrelsen og strukturen af ​​platinpartikler som en funktion af den katalytiske aktivitet, der kræves under drift. Konceptet kan blandt andet bruges til at forbedre katalytisk ydeevne betydeligt efter koldstart af forbrændingsmotorer og ved kørsel i bytrafik. "Strukturen af ​​ædelmetal-nanopartikler kan påvirkes af kortsigtede ændringer af motorens driftstilstand, for eksempel, "Siger Gänzler.

Baseret på resultaterne, nuværende og fremtidige nye typer katalysatorer kan forbedres, og deres økonomiske effektivitet kan øges, da ædelmetalkoncentrationen kan reduceres med op til 50%. Undersøgelsen, der betragtes som "et af de store højdepunkter inden for katalysatorforskning" af professor Jan-Dierk Grunwaldt fra ITCP, møder stor interesse fra eksperter. Det blev udført i løbet af projektet "ORCA-Oxidation/Reduction Catalytic Converter for Diesel Vehicles of the Next Generation", der er en del af Deufrako tysk-fransk forskningssamarbejde. Projektet er finansieret med 960 EUR, 000 af forbundsministeriet for økonomiske anliggender og energi. Bortset fra KIT, Institut de Recherches sur la Catalyze et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), TU Darmstadt, firmaet Solvay, og Umicore AG &Co. KG, en materialeteknologi og genbrugsvirksomhed i Hanau, deltage i samarbejdsprojektet.