Luchtvervuiling door verbranding van brandstof is een van de grootste milieuproblemen, vooral in stedelijke omgevingen. In dichtbevolkte steden, de aanwezigheid van stikstofoxiden, zeer kleine koolstofdeeltjes, en koolmonoxide (CO) in de lucht schaadt de menselijke gezondheid ernstig en verhoogt de mortaliteit. Een samenwerking tussen onderzoekers van de Universiteit van Barcelona en van het Boreskov Instituut voor Katalyse van de Russische Academie van Wetenschappen in Novosibirsk (Rusland) opent de weg voor het verminderen van de uitstoot van vervuilende auto's. In een recente studie, de wetenschappers presenteren ontwerpprincipes en katalysatorsyntheses om giftige moleculen in de lucht te transformeren bij temperaturen onder 0 graden C.

De meeste schadelijke verontreinigende stoffen die in verbrandingsmotoren van auto's worden gegenereerd, worden in de uitlaatgassen van auto's verminderd door interactie met geavanceerde katalysatoren. Vooral, de zogenaamde drieweg-katalysatoren voor uitlaatgassen van auto's transformeren schadelijke stikstofoxiden, koolmonoxide, en koolwaterstoffen in onschadelijke moleculaire stikstof, water, en kooldioxide.

Echter, een van de resterende uitdagingen is de koudestartemissie die door voertuigen wordt gegenereerd tijdens de eerste paar minuten na de ontsteking totdat de motor voldoende warm is geworden om de katalysator te laten werken. "In feite, de meeste schadelijke emissies tijdens een gemiddelde rit zijn afkomstig van dergelijke emissies bij een koude start, " merkt Konstantin Neyman op, ICREA-professor aan het Institute of Theoretical and Computational Chemistry van de Universiteit van Barcelona (IQTCUB). "De ontwikkeling van katalysatoren die efficiënt werken bij lage temperaturen is dus een zeer actief onderzoeksgebied, " hij voegt toe.

In deze context, onderzoekers van de groep onder leiding van professor Andrei Boronin, van het Boreskov Instituut voor Katalyse (Novosibirsk, Rusland), hebben de katalytische eigenschappen van complexe materialen bestudeerd op basis van combinaties van metalen en oxiden. Het Siberische team concentreerde zich op de efficiëntie bij lage temperaturen van gesynthetiseerde katalysatoren en identificeerde een bepaalde combinatie die in staat is om CO bij -50 graden C om te zetten.

Deze efficiëntie bij lage temperaturen werd bereikt door platina fijn te dispergeren, een katalytisch actief metaal dat in tal van toepassingen wordt gebruikt, op nanogestructureerd ceriumdioxide. "De sleutel tot de prestaties van deze zeer actieve materialen is de synergie tussen de oxidedrager en goed verdeeld geoxideerd platina. We kunnen deze componenten identificeren door middel van spectroscopische technieken, maar het karakteriseren van hun specifieke rol vereist speciale rekenmodellen, " zegt professor Boronine.

Dit is precies waar het theoretische modelleringswerk van de groep onder leiding van Konstantin Neyman in het spel komt. Albert Bruix, een onderzoeker van Beatriu de Pinós in deze groep, zegt, "Door middel van kwantummechanische berekeningen met behulp van krachtige computers, we kunnen deze fascinerende materialen modelleren en de rol van elk onderdeel ontcijferen in de uitstekende katalytische prestaties die experimenteel zijn gemeten."

De studie, gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B:Milieu , is een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van katalytische materialen voor de oxidatieve behandeling van luchtverontreinigende stoffen bij lage temperatuur. Echter, Professor Boronine zegt, "De hoeveelheid platina die in deze katalysatoren wordt gebruikt, is vrij groot, en de kosten ervan belemmeren commercieel haalbare toepassingen." Hij voegt eraan toe:"Ons huidige werk is dus gericht op het bereiken van vergelijkbare hoge prestaties bij sterk verminderde edelmetaalladingen."

De maatschappelijke impact van de ontwikkeling van dergelijke katalysatoren is niet beperkt tot de uitstoot van auto's:"Deze materialen kunnen ook worden gebruikt voor de oxidatieve behandeling van verontreinigende stoffen die worden geproduceerd door stationaire bronnen zoals elektriciteitscentrales op fossiele brandstoffen, " concludeert Konstantin Neyman.