Onderzoekers van de Washington State University en Tufts University hebben voor het eerst aangetoond dat een enkel metaalatoom als katalysator kan werken bij het omzetten van koolmonoxide in kooldioxide, een chemische reactie die vaak wordt gebruikt in katalysatoren om schadelijke gassen uit auto-uitlaatgassen te verwijderen.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Katalyse , kan het ontwerp van katalysatoren verbeteren en heeft ook grote implicaties op het gebied van computationele katalyse.

Lagere motortemperaturen overwinnen

Omdat motoren efficiënter zijn geworden, hun verbrandingstemperatuur is lager geworden, waardoor het moeilijker wordt voor katalysatoren om te werken en te creëren, paradoxaal genoeg, meer schadelijke uitstoot. Autobedrijven hebben moeite om te voldoen aan strikte emissienormen die gericht zijn op de bescherming van de menselijke gezondheid. Volkswagen werd zelfs schuldig bevonden aan het ontwikkelen van een softwareoplossing om vals te spelen bij emissietests.

Tijdens het bestuderen van lage-temperatuurkatalysatoren, de onderzoekers, onder leiding van Jean-Sabin McEwen, assistent-professor aan de Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering van WSU, en Charles Sykes, een professor in de chemie aan de Tufts University, raakte geïnteresseerd in enkele metaalatomen en hun vermogen om bij lagere temperaturen als katalysator te werken.

"De meeste schadelijke chemicaliën in uw uitlaat, zoals koolmonoxide en stikstofoxide, worden uitgestoten bij het starten van de motor, "zei McEwen. "Hoe lager de temperatuur, hoe moeilijker het is om deze schadelijke chemicaliën te neutraliseren."

Koolmonoxide naar kooldioxide

In hun krant de onderzoekers toonden aan dat de reactie kan werken met enkele platina-atomen op een koperoxidedrager bij kamertemperatuur. Het enkele platina-atoom houdt het koolmonoxide op zijn plaats terwijl het koperoxide de zuurstof levert om het om te zetten in kooldioxide.

"Dit is een benchmarkonderzoek dat als leidraad kan dienen voor het ontwerp van de volgende generatie katalysatoren voor lage temperaturen, ' zei Sykes.

Omdat katalysatoren zeldzame en dure metalen zoals platina gebruiken, het verminderen van het gebruik van die elementen tot het niveau van één atoom kan ook de kosten verlagen, hij voegde toe.

Hun onderzoek geeft ook afdoende antwoord op een al lang bestaand debat in de wetenschappelijke wereld over de vraag of een enkel metaalatoom zou kunnen fungeren als een katalysator voor de oxidatie van koolmonoxide tot kooldioxide bij lage temperaturen of dat voor een dergelijke reactie een cluster van atomen nodig is.