Smogproducerende chemicaliën kunnen bijna worden geëlimineerd uit de uitlaatpijpen van dieselauto's en bestelwagens, met behulp van een nieuw uitlaatkatalysatorconcept dat bij KAUST is ontwikkeld. Na systematisch meerdere katalysatorsamenstellingen te hebben bestudeerd, identificeerde het onderzoeksteam het ideale atoomrecept om NO_x katalytisch te verwijderen van voertuigemissies. De bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications , los een voortdurend debat over additieve atomen in de katalysatormix op.

Recente ontwikkelingen in het ontwerp van hoogrenderende motoren, naast de aanscherping van de emissievoorschriften voor voertuigen, vragen om verbeterde uitlaatkatalysatoren voor motoren. Huidige generatie NO_x katalysatoren voor kleine dieselmotoren presteren optimaal boven 200 graden Celsius. Er zijn nu katalysatoren nodig die bij lagere temperaturen werken. Dergelijke katalysatoren moeten NO_x . snel verwijderen na een koude start en partner van nieuwe verbrandingsmotoren op lage temperatuur.

Om een ​​nieuwe generatie verbeterde NO_x . te ontwikkelen katalysator, auto-emissiecontrolebedrijf Umicore werkte samen met een onderzoeksteam van het KAUST Catalysis Center, geleid door Javier Ruiz-Martínez, om het ontwerp van de katalysator te optimaliseren.

"We hebben materialen onderzocht die op mangaan zijn gebaseerd vanwege hun goede prestaties en lage kosten", legt Ruiz-Martínez uit. Op mangaan gebaseerd NO_x katalysatoren hebben doorgaans cerium als doteringsmiddel gebruikt, hoewel er geen consensus was over de rol van cerium in NO_x verwijdering. "De beste manier om nieuwe katalysatoren te ontwikkelen, is door eerst te begrijpen hoe die materialen werken", zegt Ruiz-Martínez. Dus produceerde het team een ​​reeks katalysatoren, waarin verschillende hoeveelheden cerium werden verwerkt, om het debat te beslechten.

Het team stelde eerst methoden vast om elke katalysator met een homogene nanostructuur te produceren om een ​​vergelijking tussen hen mogelijk te maken. "Na ervoor te hebben gezorgd dat de katalysatormaterialen waren zoals we hadden ontworpen, hebben we gezocht naar correlaties tussen katalytische activiteit en de hoeveelheid cerium en mangaan", zegt Ruiz-Martínez. Na rekening te hebben gehouden met verschillen in katalysatoroppervlakte, toonde het team aan dat de aanwezigheid van cerium de katalytische activiteit van de mangaanatomen verlaagde.

In eerdere onderzoeken waarbij cerium de katalytische NO_x . leek te stimuleren verwijdering, verdween het schijnbaar positieve effect van cerium zodra het team rekening had gehouden met de impact op het oppervlak van de katalysator. Het cerium had echter één voordeel:het onderdrukken van een ongewenste bijreactie die N₂ produceert O. Als N₂ O-vorming vereist waarschijnlijk de deelname van twee aangrenzende mangaanlocaties, de toevoeging van cerium kan het aantal mangaanlocaties aan het oppervlak verdunnen en zo de reactie onderdrukken.

"Onze bevindingen tonen aan dat het ontwerp van actievere katalysatormaterialen de maximalisatie van mangaanatomen op het katalysatoroppervlak vereist en dat deze mangaanatomen atomair op afstand van elkaar zijn om N₂ te vermijden O-formatie", zegt Ruiz-Martínez. "We ontwerpen nu katalysatoren die mangaan blootleggen dat atomair verspreid is op het oppervlak, en de resultaten zijn veelbelovend." + Verken verder

Mangaan drukt zijn stempel op medicijnsynthese