Investigadores de la Universidad Estatal de Washington, la Universidad de Nuevo México, la Universidad Tecnológica de Eindhoven y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han desarrollado un catalizador que puede soportar altas temperaturas y convertir contaminantes a una temperatura cercana a la temperatura ambiente, un avance importante para reducir la contaminación en los modernoscoches.
Informan sobre su trabajo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los convertidores catalíticos se han utilizado en los EE. UU. Desde la década de 1970 como una forma de limpiar los contaminantes del escape del vehículo. En el proceso catalítico, los metales raros, como el platino, se usan en una reacción química para convertir el monóxido de carbono y otros contaminantes endióxido de carbono no tóxico, nitrógeno y agua.
Sin embargo, a medida que los automóviles se vuelven más eficientes en el consumo de combustible, usan menos energía y la temperatura de los gases de escape es más baja, lo que dificulta la limpieza de los contaminantes. De hecho, el Departamento de Energía de EE. UU. Ha establecido una meta deeliminar el 90 por ciento de las emisiones nocivas a 150 grados Celsius o menos.
Los catalizadores tienen que funcionar a bajas temperaturas, pero también deben sobrevivir bajo las duras condiciones encontradas durante la operación.
"El problema del catalizador ha aumentado paradójicamente a medida que los automóviles se han vuelto mejores y más eficientes", dijo Emiel Hensen, profesor de catálisis en la Universidad Tecnológica de Eindhoven.
Mientras tanto, la industria también lucha con el alto costo de los metales preciosos necesarios para la catálisis. El platino, por ejemplo, facilita las reacciones químicas para muchos productos y procesos de uso común, pero cuesta más de $ 800 por onza.
El catalizador que desarrollaron los investigadores se basa en la activación de átomos individuales de platino soportados en óxido de cerio. Si bien su catalizador supera la tecnología actual, también reduce la cantidad de platino requerida, lo que reduciría los costos generales.
"La industria quiere hacer uso de cada átomo de los metales preciosos, por eso la catálisis de un solo átomo ha atraído una mayor atención", dijo Abhaya Datye, profesor distinguido del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la UNM.
En su último trabajo, los investigadores primero se aseguraron de que sus catalizadores fueran térmicamente estables, atrapando iones de platino en un soporte de óxido de cerio a temperaturas muy altas. Su método de síntesis hizo que los átomos de platino se unieran fuertemente a su soporte. Luego activaron el catalizador enmonóxido de carbono a unos 275 grados centígrados.
"Para nuestra sorpresa, descubrimos que la síntesis a alta temperatura hacía que la ceria fuera más fácilmente reducible, permitiéndole proporcionar un ingrediente clave, oxígeno, a los sitios activos", dijo Yong Wang, profesor distinguido de Voiland en el gen y LindaEscuela Voiland de Ingeniería Química y Bioingeniería en WSU.
El oxígeno activado fue capaz de eliminar contaminantes a una temperatura cercana a la temperatura ambiente en los sitios de platino.
"Esta investigación aborda directamente el desafío de 150 grados identificado por el Departamento de Energía de los EE. UU. Y por las compañías de automóviles", dijo Wang. "El descubrimiento de la activación de oxígeno a temperatura ambiente cercana es extremadamente útil, y este hallazgo podría tener un impacto significativosobre la tecnología de control de emisiones de escape "
Los investigadores ahora planean estudiar el rendimiento de los catalizadores de un solo átomo con otros compuestos orgánicos y contaminantes. El trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias de la Energía Básica del Departamento de Energía de los EE. UU. Y el Centro de Investigación de Países Bajos para la Conversión de Energía Catalítica Multiescala.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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