Katalysatorfremføring fjerner forurenende stoffer ved lave temperaturer

Forskere ved Washington State University, University of New Mexico, Eindhoven University of Technology, og Pacific Northwest National Laboratory har udviklet en katalysator, der både kan modstå høje temperaturer og omdanne forurenende stoffer ved nær stuetemperatur - et vigtigt fremskridt for at reducere forureningen i moderne biler.

De rapporterer om deres arbejde i journalen, Naturkommunikation .

Katalysatorer er blevet brugt i USA siden 1970'erne som en måde at rense forurenende stoffer fra køretøjers udstødning. I den katalytiske proces, sjældne metaller, såsom platin, bruges i en kemisk reaktion til at omdanne kulilte og andre forurenende stoffer til ugiftig kuldioxid, nitrogen, og vand.

Efterhånden som biler er blevet mere brændstoføkonomiske, imidlertid, de bruger mindre energi, og temperaturen af ​​udstødningsgasserne er lavere, hvilket gør det sværere at rydde op i de forurenende stoffer. Faktisk, det amerikanske energiministerium har sat et mål om at fjerne 90 procent af de skadelige emissioner ved 150 grader Celsius eller lavere.

Katalysatorerne skal fungere ved lave temperaturer, men de skal også overleve under de barske forhold, man møder under drift.

"Katalysatorproblemet er steget paradoksalt nok, efterhånden som biler er blevet bedre og mere effektive, sagde Emiel Hensen, katalyse professor ved Eindhoven University of Technology.

I mellemtiden industrien kæmper også med de høje omkostninger ved de ædle metaller, der kræves til katalyse. Platin, for eksempel, letter kemiske reaktioner for mange almindeligt anvendte produkter og processer, men koster mere end $800 pr. ounce.

Katalysatoren, som forskerne udviklede, er baseret på aktiveringen af ​​enkelte platinatomer understøttet på ceriumoxid. Mens deres katalysator overgår den nuværende teknologi, det reducerer også den nødvendige mængde platin, hvilket vil sænke de samlede omkostninger.

"Industrien ønsker at gøre brug af hvert enkelt atom af ædle metaller, hvilket er grunden til, at enkeltatom-katalyse har tiltrukket sig øget opmærksomhed, " sagde Abhaya Datye, en fremtrædende professor ved UNM's Institut for Kemi- og Biologisk Teknik.

I deres seneste arbejde, forskerne sikrede først, at deres katalysatorer var termisk stabile, indfangning af platinioner på en ceriumoxidbærer ved meget høje temperaturer. Deres syntesemetode fik platinatomerne til at binde sig stærkt til deres støtte. De aktiverede derefter katalysatoren i kulilte ved omkring 275 grader Celsius.

"Til vores overraskelse, vi opdagede, at syntesen ved høje temperaturer gjorde ceriaet lettere at reducere, giver det mulighed for at levere en nøgleingrediens - ilt - til aktive steder, " sagde Yong Wang, Voiland Distinguished Professor i Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering ved WSU.

Den aktiverede oxygen var derefter i stand til at fjerne forurenende stoffer ved nær stuetemperatur på platinstederne.

"Denne forskning adresserer direkte den 150-graders udfordring, der er identificeret af det amerikanske energiministerium og af bilfirmaer, " sagde Wang. "Opdagelsen af ​​oxygenaktivering ved nær stuetemperatur er yderst nyttig, og denne opdagelse kan have en betydelig indvirkning på teknologien til udstødningsemissionskontrol."

Forskerne planlægger nu at studere ydeevnen af ​​enkeltatom-katalysatorer med andre organiske forbindelser og forurenende stoffer. Arbejdet blev finansieret af U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences og Netherlands Research Center for Multiscale Catalytic Energy Conversion.