(PhysOrg.com) -- Controle over materiaaleigenschappen zou de benodigde hoeveelheid platina verminderen.

De giftige bijproducten die ontstaan ​​wanneer de motor van een auto brandstof verbrandt, worden naar de katalysator geleid, waar chemische reacties ze veranderen in veel minder giftige stoffen zoals water en koolstofdioxide.

De katalysator die de activeringsenergie van deze chemische reacties verlaagt, zodat ze bij redelijke temperaturen en snelheden kunnen plaatsvinden, is meestal platina, een van 's werelds zeldzaamste en meest edele metalen. Omdat platina zo duur is, autofabrikanten willen zo min mogelijk gebruiken, en deze zo effectief mogelijk te gebruiken.

Om het specifieke oppervlak (oppervlakte per massa-eenheid) en dus de chemische activiteit te maximaliseren, fabrikanten coaten een keramische drager met kleine deeltjes platina. Maar als de converter heet wordt, de platina-aggregaten, grote klonten vormen die de ontgiftingsreacties niet zo effectief kunnen uitvoeren. Om het verlies aan efficiëntie te compenseren, converters moeten meer platina bevatten, een schaars metaal dat hard nodig is voor andere schone energietoepassingen, zoals brandstofcellen.

Een model katalytisch systeem, deze week online beschreven in de Journal Angewantde Chemie International Edition van de German Chemical Society, voorkomt dat het platina aggregeert, zodat er voor elke omvormer minder nodig is.

Het systeem is bedacht door een team van wetenschappers, waaronder Younan Xia, doctoraat, de James M. McKelvey hoogleraar biomedische technologie aan de School of Engineering and Applied Science aan de Washington University in St. Louis. Het team omvat ook Charles T. Camvell, doctoraat, de Lloyd E. en Florence M. West hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Washington in Seattle en Paul T. Fanson, doctoraat, een chemicus bij ToyotaToyota Motor Engineering &Manufacturing North America in Ann Arbor.

De belangrijkste ontwikkeling is om platina-nanodeeltjes te coaten met een poreuze silicalaag. Vanwege de zwakke interactie met het platina, de silicacoating zorgt voor een energiebarrière die het platina op zijn plaats houdt, zelfs bij zeer hoge temperaturen, het voorkomen van aggregatie en het handhaven van katalytische activiteit.

De eerste stap bij het maken van het nieuwe systeem is het laden van titaniumdioxide-nanovezels met platina-nanodeeltjes. Deze ondersteuning maakt de platinakatalysator actiever door extra elektronen te leveren voor sommige van de ontgiftingsreacties. De geladen vezels worden vervolgens gecoat met silica dat een organisch poriëngenererend middel bevat, die vervolgens werd verwijderd door verwarming tot 350 ° C om poreuze omhulsels te creëren.

“Het is erg lastig om dit soort coating dun genoeg en poreus genoeg te maken, zodat je de activiteit van de platinakatalysator niet echt aantast. Dat is dus een belangrijke ontwikkeling, ', zegt Xia.

Experimenten toonden vervolgens aan dat het met silica beklede platina zijn katalytische vermogen behield bij veel hogere temperaturen dan ongecoat platina, die begon te aggregeren bij temperaturen zo laag als 350 ° C.

Yunqian Dai, de hoofdauteur van de krant en een gaststudent uit China, zegt dat deze ontwikkeling "de thermostabiliteit aanzienlijk zal verbeteren" van platinakatalysatoren, al is het nog niet duidelijk of dit zal leiden tot nieuwe katalysatorontwerpen.

"Het lijkt erop dat we deze tot 750 graden kunnen laten lopen zonder enige significante agglomeratie, ', zegt Xia. “De typische temperatuur voor een katalysator is ongeveer 550, dus in die zin het moet langer mee kunnen gaan.”

Volgende voor Xia's thee, is het bestuderen van katalytische systemen met verschillende samenstellingen, zoals aluminiumoxide in plaats van silica omhulsel.

Platina is zo duur, Xia zegt, de converters worden soms gestolen en het is economisch om oude te recyclen om het edelmetaal terug te winnen. Het doel van zijn onderzoek, echter, is om veel minder platina te gebruiken, dus auto's kosten minder en meer van het metaal is beschikbaar voor ander gebruik.