Vigtige trin til transformation af giftige molekyler i luft ved lave temperaturer

Luftforurening fra brændstofforbrænding er et af de største miljøproblemer, især i bymiljøer. I tæt befolkede byer, tilstedeværelsen af ​​nitrogenoxider, meget små kulstofpartikler, og kulilte (CO) i luften skader menneskers sundhed alvorligt og øger dødeligheden. Et samarbejde mellem forskere fra universitetet i Barcelona og fra Boreskov Institute of Catalysis ved Det Russiske Videnskabsakademi i Novosibirsk (Rusland) åbner vejen for at reducere emissioner af bilforurenende stoffer. I en nylig undersøgelse, forskerne præsenterer designprincipper og katalysatorsynteser til at transformere giftige molekyler i luften ved temperaturer under 0 grader C.

De fleste af de skadelige forurenende stoffer, der genereres i bilforbrændingsmotorer, dæmpes i bilens udstødning gennem interaktion med sofistikerede katalysatorer. I særdeleshed, de såkaldte tre-vejs biludstødningskatalysatorer omdanner skadelige nitrogenoxider, carbonmonoxid, og kulbrinter til harmløst molekylært nitrogen, vand, og kuldioxid.

Imidlertid, en af ​​de resterende udfordringer er koldstartsemissioner genereret af køretøjer i løbet af de første par minutter efter tænding, indtil motoren bliver tilstrækkelig varm til, at katalysatoren kan begynde at fungere. "Faktisk, de fleste af de skadelige emissioner under en gennemsnitlig kørsel kommer fra sådanne koldstartsemissioner, " bemærker Konstantin Neyman, ICREA professor ved Institut for Teoretisk og Beregningskemi ved Universitetet i Barcelona (IQTCUB). "Udviklingen af ​​katalysatorer, der fungerer effektivt ved lave temperaturer, er således et meget aktivt forskningsfelt, " tilføjer han.

I denne sammenhæng, forskere fra gruppen ledet af professor Andrei Boronin, fra Boreskov Institut for Katalyse (Novosibirsk, Rusland), har undersøgt komplekse materialers katalytiske egenskaber baseret på kombinationer af metaller og oxider. Det sibiriske hold fokuserede på lavtemperatureffektiviteten af ​​syntetiserede katalysatorer og identificerede en særlig kombination, der kunne begynde at omdanne CO ved -50 grader C.

Denne lavtemperatureffektivitet blev opnået ved at fint dispergere platin, et katalytisk aktivt metal, der anvendes i adskillige applikationer, på nanostruktureret ceriumdioxid. "Nøglen til ydeevnen af ​​disse meget aktive materialer er synergien mellem oxidunderstøtningen og velfordelt oxideret platin. Vi kan identificere disse komponenter gennem spektroskopiske teknikker, men karakterisering af deres specifikke rolle kræver dedikerede beregningsmodeller, " siger professor Boronin.

Det er netop her det teoretiske modelleringsarbejde, der er udført i gruppen ledet af Konstantin Neyman, kommer i spil. Albert Bruix, en Beatriu de Pinós-forsker i denne gruppe, siger, "Ved hjælp af kvantemekaniske beregninger ved hjælp af højtydende computere, vi kan modellere disse fascinerende materialer og dechifrere hver komponents rolle i den fremragende katalytiske ydeevne målt eksperimentelt."

Studiet, udgivet i Anvendt katalyse B:Miljømæssig , er et vigtigt skridt fremad i udviklingen af ​​katalytiske materialer til lavtemperatur oxidativ behandling af luftforurenende stoffer. Imidlertid, Professor Boronin siger, "Mængden af ​​platin brugt i disse katalysatorer er ret stor, og omkostningerne hindrer kommercielt levedygtige applikationer. "Han tilføjer, "Vores nuværende arbejde fokuserer således på at opnå en tilsvarende høj ydeevne ved stærkt reducerede ædelmetalbelastninger."

Den samfundsmæssige påvirkning af at udvikle sådanne katalysatorer er ikke begrænset til bilemissioner:"Disse materialer kan også bruges til oxidativ behandling af forurenende stoffer produceret af stationære kilder såsom fossilt brændstofkraftværker, " slutter Konstantin Neyman.