Onderzoekers van de Washington State University, Universiteit van New Mexico, Technische Universiteit Eindhoven, en Pacific Northwest National Laboratory hebben een katalysator ontwikkeld die zowel bestand is tegen hoge temperaturen als verontreinigende stoffen bij bijna kamertemperatuur kan omzetten - een belangrijke stap vooruit om de vervuiling in moderne auto's te verminderen.

Ze rapporteren over hun werk in het tijdschrift, Natuurcommunicatie .

Katalysatoren worden sinds de jaren 70 in de VS gebruikt als een manier om verontreinigende stoffen uit uitlaatgassen van voertuigen op te ruimen. In het katalytische proces, zeldzame metalen, zoals platina, worden gebruikt in een chemische reactie om koolmonoxide en andere verontreinigende stoffen om te zetten in niet-giftige kooldioxide, stikstof, en water.

Omdat auto's zuiniger zijn geworden, echter, ze verbruiken minder energie en de temperatuur van de uitlaatgassen is lager, waardoor het moeilijker wordt om de verontreinigende stoffen op te ruimen. In feite, het Amerikaanse ministerie van Energie heeft zich tot doel gesteld om 90 procent van de schadelijke uitstoot bij 150 graden Celsius of lager te verwijderen.

De katalysatoren moeten presteren bij lage temperaturen, maar moeten ook overleven onder de zware omstandigheden die tijdens bedrijf optreden.

"Het katalysatorprobleem is paradoxaal genoeg toegenomen naarmate auto's beter en efficiënter zijn geworden, " zei Emiel Hensen, hoogleraar katalyse aan de Technische Universiteit Eindhoven.

In de tussentijd, de industrie worstelt ook met de hoge kosten van de edele metalen die nodig zijn voor katalyse. Platina, bijvoorbeeld, faciliteert chemische reacties voor veel veelgebruikte producten en processen, maar kost meer dan $ 800 per ounce.

De katalysator die de onderzoekers ontwikkelden, is gebaseerd op de activering van enkele platina-atomen op ceriumoxide. Hoewel hun katalysator beter presteert dan de huidige technologie, het vermindert ook de benodigde hoeveelheid platina, wat de totale kosten zou verlagen.

"De industrie wil elk atoom van de edelmetalen gebruiken, dat is de reden waarom katalyse met één atoom meer aandacht heeft gekregen, " zei Abhaya Datye, een vooraanstaande professor bij UNM's Department of Chemical and Biological Engineering.

In hun laatste werk, de onderzoekers zorgden er eerst voor dat hun katalysatoren thermisch stabiel waren, het vangen van platina-ionen op een ceriumoxidedrager bij zeer hoge temperaturen. Hun synthesemethode zorgde ervoor dat de platina-atomen zich sterk aan hun drager hechten. Vervolgens activeerden ze de katalysator in koolmonoxide bij ongeveer 275 graden Celsius.

"Tot onze verbazing we ontdekten dat de synthese bij hoge temperatuur de ceria gemakkelijker reduceerbaar maakte, waardoor het een belangrijk ingrediënt - zuurstof - kan leveren aan actieve sites, " zei Yong Wang, Voiland Distinguished Professor in de Gene en Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering aan de WSU.

De geactiveerde zuurstof was vervolgens in staat om verontreinigende stoffen te verwijderen bij bijna kamertemperatuur op de platina-locaties.

"Dit onderzoek gaat rechtstreeks in op de uitdaging van 150 graden die is geïdentificeerd door het Amerikaanse ministerie van Energie en door autobedrijven, " zei Wang. "De ontdekking van zuurstofactivering bij bijna kamertemperatuur is buitengewoon nuttig, en deze bevinding zou een aanzienlijke impact kunnen hebben op de technologie van uitlaatemissiecontrole."

De onderzoekers zijn nu van plan om de prestaties van katalysatoren met één atoom te bestuderen met andere organische verbindingen en verontreinigende stoffen. Het werk werd gefinancierd door het Amerikaanse Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences en het Netherlands Research Centre for Multiscale Catalytic Energy Conversion.