Bilim adamları, katalitik konvertörün taşıyıcı malzemesinin değiştirilmesinin, oda sıcaklığında bile toksik karbon monoksitin neredeyse tamamen karbondioksite dönüştürülmesine olanak sağladığını gösterdi. Serya taşıyıcı malzemeye odaklanarak ve kristal boyutunu ayarlayarak soy metallerin performansını optimize ettiler ve potansiyel olarak daha verimli katalizörlerin üretilmesini sağladılar.
Yeni bir çalışma, egzoz emisyonlarını %100 oranında arındırabilen yeni bir katalizörün ana hatlarını çiziyor. ortam sıcaklıkları.
Arabanın egzoz sisteminde bulunan üç yollu katalitik konvertör, pahalı malzemelerden yapılmıştır ve yalnızca egzoz gazları birkaç yüz santigrat derece sıcaklığa ulaştığında etkili bir şekilde çalışır.
Bu nedenle, arabanızın ilk çalıştırılması sırasında veya benzinli motorun ve elektrik motorunun araca güç sağlamak için açılıp kapandığı bir hibrit arabayı çalıştırırken, egzoz emisyonları hala zehirli karbon monoksit içerebilir.
Yeni bir Science makalesinde , Emiel Hensen liderliğindeki bilim adamları artık katalizörün taşıyıcı malzemesini değiştirerek zehirli karbon monoksiti oda sıcaklığında bile neredeyse tamamen karbondioksit gazına dönüştürmenin mümkün olduğunu gösteriyor.
Soylu ihtiyaçlar
{8 }Otomotiv katalizörleri, platin, paladyum ve rodyum gibi değerli metallerin, aynı zamanda seryum oksit olarak da bilinen seryum oksit maddesinin bir substratı üzerine biriktirilmesiyle yapılır. Ancak soy metaller hem nadir hem de pahalıdır. Bu nedenle dünya çapındaki araştırmacılar, bu malzemelerin daha azını kullanarak aynı veya hatta daha iyi katalitik aktiviteyi elde etmek için yöntemler üzerinde çalışıyorlar.
Örneğin, önceki bir makalede, Hensen’in grubu TU/e, soy metali tek atom halinde dağıtmanın yalnızca malzeme kullanımında azalmaya yol açmakla kalmayıp, aynı zamanda belirli koşullar altında katalizörün daha verimli çalıştığını da kanıtladı.
Yeni boyut görünümü
Doktora derecesinde. Baş yazar Valery Muravev’in araştırma projesinin ardından araştırmacılar, katalizörleri daha da geliştirmek için dikkatlerini asil metalden alttaki taşıyıcı malzemeye (bu durumda seryum) kaydırdılar. Seryumları farklı kristal boyutlarında ürettiler ve soy metalleri aynı adımda tek atomlar halinde biriktirdiler. Daha sonra, bu malzeme kombinasyonlarının fazladan bir oksijen atomunu karbon monoksite bağlamayı ne kadar iyi başardığını incelediler.
4 nanometre boyutunda küçük seryum kristallerinin, soğuk başlatma altında asil metal paladyumun performansını dikkate değer ölçüde artırdığı ortaya çıktı. aşırı karbon monoksitin mevcut olduğu koşullar. Bu gelişmiş performans, daha küçük seryum kristal boyutlarında oksijen atomlarının daha yüksek reaktivitesiyle açıklanabilir. Daha geleneksel koşullar altında, 100 santigrat derecenin altındaki sıcaklıklarda yüksek katalitik aktiviteye ulaşmak için gereken en uygun seryum kristali boyutunun 8 nanometre olduğu ortaya çıktı.
Daha geniş önem
Bu araştırma, İlk defa, katalizör geliştirirken yalnızca işi yapması gereken asil metallere bakmanın faydası yok. Bu durumda, aktif malzemeler için taşıyıcı görevi gören parçacıkların boyutunun değiştirilmesi, katalizörlerin daha da geliştirilmesi ve bunlarla birlikte kimyasal reaksiyonların verimliliğinin ve özgüllüğünün iyileştirilmesi için ilginç ve yeni bir olasılık sunar.
Bu, sürdürülebilir plastik üretimi için yakıtlar veya bileşikler üretmek amacıyla ortam havasındaki karbondioksiti yeşil hidrojenle birleştirmeye yönelik süreçlerin geliştirilmesi açısından da önem taşıyor.
Otomotiv için katalizörler üreten İngiliz Johnson Matthey şirketi ile birlikte araştırmacılar şimdi bu bulguyu yeni ürünlere nasıl dönüştüreceklerini daha ayrıntılı olarak araştıracaklar.
Referans: Valery Muravev, Alexander Parastaev, Yannis van den tarafından “Seryum dioksit desteği nanokristallerinin boyutu, yüksek oranda dağılmış paladyum katalizörlerinin reaktivitesini belirler” Bosch, Bianca Ligt, Nathalie Claes, Sara Bals, Nikolay Kosinov ve Emiel J. M. Hensen, 15 Haziran 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.adf9082