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Aug 06, 2023

I ricercatori dell'UCF lavorano per ridurre la quantità di metalli preziosi nei convertitori catalitici

The precious metals, such as platinum, palladium and rhodium, in catalytic

I metalli preziosi, come platino, palladio e rodio, contenuti nei convertitori catalitici rendono i dispositivi dei veicoli attraenti per i ladri, ma i ricercatori dell'Università della Florida Centrale stanno lavorando per ridurre la quantità di metalli preziosi necessari al loro interno, fino ai singoli atomi, massimizzando al tempo stesso la loro efficacia.

I convertitori catalitici, ampiamente introdotti nei veicoli americani negli anni '70, utilizzano metalli preziosi come catalizzatori per aiutare a rimuovere sostanze chimiche mortali e dannose dagli scarichi dei motori a combustione. Poiché il prezzo dei metalli preziosi ha continuato a salire, è aumentato anche il numero dei furti di catalizzatori.

In studi recenti apparsi su Nature Communications e sul Journal of the American Chemical Society, i ricercatori dell’UCF hanno dimostrato che potrebbero, rispettivamente, utilizzare il platino atomico per controllare gli inquinanti e far funzionare il sistema a temperature più basse, il che è fondamentale per rimuovere le sostanze chimiche dannose quando un veicolo per la prima volta inizia.

Ottimizzazione della posizione dell'atomo di platino

Nello studio Nature Communications, i gruppi di ricerca dell'UCF guidati da Fudong Liu, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e edile, e Talat Rahman, illustre professore Pegasus presso il Dipartimento di Fisica, hanno costruito con successo singoli atomi di platino con diversi ambienti di coordinazione atomica in posizioni specifiche su Ceria. La Ceria è un ossido metallico che aiuta a migliorare le prestazioni della reazione catalitica.

Liu e Rahman sono anche affiliati al Catalysis Cluster for Renewable Energy and Chemical Transformations (REACT).

Gli atomi di platino hanno mostrato comportamenti sorprendentemente distinti nelle reazioni catalitiche, come l’ossidazione del monossido di carbonio e l’ossidazione dell’ammoniaca in un sistema di post-trattamento dei gas di scarico di un motore diesel, dicono i ricercatori.

L'ossidazione converte il mortale monossido di carbonio in anidride carbonica e la dannosa ammoniaca in molecole di azoto e acqua.

I loro risultati suggeriscono che le prestazioni catalitiche dei catalizzatori a singolo atomo nelle reazioni mirate possono essere massimizzate ottimizzando le loro strutture di coordinamento locale attraverso strategie semplici e scalabili a livello industriale, afferma Liu.

"Combinando i calcoli della struttura elettronica con esperimenti all'avanguardia, i team di Liu e Rahman hanno fatto un passo avanti che può apportare benefici significativi alla comunità della catalisi eterogenea nella progettazione di catalizzatori a singolo atomo altamente efficienti per esigenze ambientali ed energetiche," Liu dice.

"Abbiamo sviluppato con successo una semplice strategia per mettere a punto selettivamente l'ambiente di coordinazione locale dei singoli atomi di platino per ottenere prestazioni catalitiche soddisfacenti in diverse reazioni target, che spingeranno la comprensione della catalisi del singolo atomo a un significativo passo avanti", afferma.

Rahman afferma che il loro lavoro collaborativo dimostra come la teoria e gli esperimenti che lavorano in tandem possono svelare meccanismi microscopici responsabili del miglioramento dell'attività catalitica e della selettività.

Efficiente catalizzatore di ossidazione del monossido di carbonio

Nello studio del Journal of the American Chemical Society, Liu e i collaboratori della Virginia Tech e dell’Università di Tecnologia di Pechino hanno migliorato significativamente l’efficienza di purificazione del monossido di carbonio di un catalizzatore di platino-ceria-allumina da 3,5 a 70 volte rispetto ai catalizzatori di platino utilizzati regolarmente.

Lo hanno fatto attraverso il controllo preciso delle strutture di coordinazione del platino a livello atomico su un supporto di ceria-allumina disponibile a livello industriale.

"La struttura locale del sito attivo all'interno di un catalizzatore determina le sue prestazioni catalitiche", afferma Liu. "Tuttavia, il controllo preciso della struttura di coordinamento locale dei siti attivi e la delucidazione delle relazioni intrinseche struttura-prestazioni rappresentano grandi sfide nel campo della catalisi eterogenea."

"Abbiamo lavorato per controllare la struttura di coordinazione locale dei siti metallici a livello atomico, sviluppare un catalizzatore altamente efficiente nelle reazioni legate alla purificazione ambientale e rivelare il rapporto struttura-prestazioni dei catalizzatori appena fabbricati per guidare la futura progettazione del catalizzatore", ha affermato. dice.