Rivoluzione per l’aria pulita: nuovo catalizzatore purifica gas di scarico a temperatura ambiente
Un nuovo catalizzatore per la conversione del monossido di carbonio a temperatura ambiente
Un catalizzatore più efficiente grazie alla modifica del materiale di supporto
Gli scienziati hanno dimostrato che modificando il materiale di supporto del catalizzatore, è possibile convertire quasi completamente il tossico monossido di carbonio in anidride carbonica, anche a temperatura ambiente. Concentrandosi sul materiale di supporto ceria e regolando la sua dimensione cristallina, hanno ottimizzato le prestazioni dei metalli nobili, potenzialmente portando a catalizzatori più efficienti.
• Un nuovo catalizzatore per la conversione del monossido di carbonio a temperatura ambiente
• Un catalizzatore più efficiente grazie alla modifica del materiale di supporto
• Un nuovo studio per un catalizzatore più efficiente
• La modifica del materiale di supporto del catalizzatore
• Il bisogno di metalli nobili e la ricerca di alternative
• La dispersione del metallo nobile in forma di atomi singoli
• La variazione della dimensione dei cristalli di ceria
• La rilevanza di questa ricerca
• L’importanza per lo sviluppo di processi sostenibili
• La collaborazione con l’industria automobilistica
Un nuovo studio per un catalizzatore più efficiente
Un recente studio delinea un nuovo catalizzatore in grado di purificare le emissioni di scarico a temperature ambiente. Il catalizzatore a tre vie presente nel sistema di scarico di un’auto è costituito da materiali costosi e funziona efficacemente solo quando i gas di scarico raggiungono temperature di diverse centinaia di gradi Celsius. Pertanto, durante l’avvio iniziale dell’auto o quando si utilizza un’auto ibrida in cui il motore a benzina e il motore elettrico si accendono e si spengono per alimentare il veicolo, le emissioni di scarico possono ancora contenere monossido di carbonio tossico.
La modifica del materiale di supporto del catalizzatore
In un nuovo articolo pubblicato su Science, gli scienziati guidati da Emiel Hensen dimostrano che modificando il materiale di supporto del catalizzatore, è possibile convertire quasi completamente il monossido di carbonio tossico in anidride carbonica, anche a temperatura ambiente.
Il bisogno di metalli nobili e la ricerca di alternative
I catalizzatori automobilistici sono realizzati depositando metalli nobili come platino, palladio e rodio su un substrato del materiale ossido di cerio, noto anche come ceria. Tuttavia, i metalli nobili sono sia rari che costosi. I ricercatori di tutto il mondo stanno quindi lavorando su metodi per ottenere la stessa o addirittura una migliore attività catalitica utilizzando meno di questi materiali.
La dispersione del metallo nobile in forma di atomi singoli
Ad esempio, in un precedente articolo, il gruppo di Hensen presso il TU/e ha dimostrato che disperdendo il metallo nobile sotto forma di atomi singoli si ottiene non solo una riduzione dell’uso del materiale, ma in determinate condizioni, il catalizzatore funziona anche più efficientemente.
La variazione della dimensione dei cristalli di ceria
Nel progetto di ricerca di dottorato dell’autore principale Valery Muravev, i ricercatori hanno spostato la loro attenzione dal metallo nobile al materiale di supporto sottostante (in questo caso la ceria) per migliorare ulteriormente i catalizzatori. Hanno prodotto la ceria in diverse dimensioni cristalline e depositato i metalli nobili come atomi singoli nello stesso passaggio. Successivamente, hanno studiato quanto bene queste combinazioni di materiali riuscivano a legare un atomo di ossigeno extra al monossido di carbonio.
Piccoli cristalli di ceria di 4 nanometri si sono rivelati notevolmente migliorare le prestazioni del metallo nobile palladio in condizioni di avvio a freddo in presenza di eccesso di monossido di carbonio. Questo miglioramento delle prestazioni potrebbe essere spiegato da una maggiore reattività degli atomi di ossigeno a dimensioni cristalline di ceria più piccole. In condizioni più convenzionali, si è scoperto che 8 nanometri è la dimensione ottimale dei cristalli di ceria necessari per raggiungere un’alta attività catalitica a temperature inferiori a 100 gradi Celsius.
La rilevanza di questa ricerca
Questa ricerca mostra per la prima volta che nello sviluppo dei catalizzatori, è utile guardare non solo ai metalli nobili che devono fare il lavoro. In questo caso, variare la dimensione delle particelle che fungono da supporto per i materiali attivi offre una nuova possibilità interessante per migliorare ulteriormente i catalizzatori e, con essi, migliorare l’efficienza e la specificità delle reazioni chimiche.
L’importanza per lo sviluppo di processi sostenibili
Questo è anche di importanza per lo sviluppo di processi per combinare l’anidride carbonica dall’aria ambiente con l’idrogeno verde per produrre combustibili o composti per la produzione di plastiche sostenibili.
La collaborazione con l’industria automobilistica
Insieme all’azienda britannica Johnson Matthey, che produce catalizzatori per l’industria automobilistica, i ricercatori esploreranno ulteriormente come tradurre questa scoperta in nuovi prodotti.