Les scientifiques ont démontré que la modification du matériau de support du pot catalytique permet une conversion presque complète du monoxyde de carbone toxique en dioxyde de carbone, même à température ambiante. En se concentrant sur le matériau support en cérium et en ajustant la taille de ses cristaux, ils ont optimisé les performances des métaux nobles, conduisant potentiellement à des catalyseurs plus efficaces.
Une nouvelle étude présente un nouveau catalyseur capable de purifier les émissions d’échappement à température ambiante.
Le convertisseur catalytique à trois voies que l’on trouve dans le système d’échappement d’une voiture est constitué de matériaux coûteux et ne fonctionne efficacement que lorsque les gaz d’échappement atteignent des températures de plusieurs centaines de degrés. Celsius.
Par conséquent, lors du premier démarrage de votre voiture ou lors de la conduite d’une voiture hybride où le moteur à essence et le moteur électrique s’allument et s’éteignent pour propulser le véhicule, les émissions d’échappement peuvent encore contenir du monoxyde de carbone toxique.
Dans un nouveau Science Dans cet article, des scientifiques dirigés par Emiel Hensen montrent désormais qu’en modifiant le matériau support du catalyseur, il est possible de convertir presque complètement le monoxyde de carbone toxique en dioxyde de carbone, même à température ambiante.
Des besoins nobles
Les catalyseurs automobiles sont fabriqués en déposant des métaux nobles tels que le platine, le palladium et le rhodium sur un substrat constitué d’oxyde de cérium, également connu sous le nom d’oxyde de cérium. Or, les métaux nobles sont à la fois rares et chers. Les chercheurs du monde entier travaillent donc sur des méthodes permettant d’obtenir une activité catalytique identique, voire meilleure, en utilisant moins de ces matériaux.
Par exemple, dans un article précédent, le groupe de Hensen à TU/e a prouvé qu’en dispersant le métal noble sous forme d’atomes uniques, cela entraînait non seulement une réduction de l’utilisation de matériaux, mais que, dans certaines conditions, le catalyseur fonctionnait également plus efficacement.
Nouvelle vue de taille
Au doctorat. Dans le cadre du projet de recherche de l’auteur principal Valery Muravev, les chercheurs ont déplacé leur attention du métal noble vers le matériau de support situé en dessous (l’oxyde de cérium dans ce cas) afin d’améliorer encore les catalyseurs. Ils ont produit l’oxyde de cérium dans différentes tailles de cristaux et ont déposé les métaux nobles sous forme d’atomes uniques au cours de la même étape. Par la suite, ils ont étudié dans quelle mesure ces combinaisons de matériaux parvenaient à lier un oxygène supplémentaire atome au monoxyde de carbone.
De petits cristaux d’oxyde de cérium mesurant 4 nanomètres se sont avérés améliorer remarquablement les performances du métal noble palladium dans des conditions de démarrage à froid en présence d’un excès de monoxyde de carbone. Cette performance améliorée pourrait s’expliquer par une réactivité plus élevée des atomes d’oxygène à des tailles de cristaux d’oxyde de cérium plus petites. Dans des conditions plus conventionnelles, 8 nanomètres se sont avérés être la taille optimale des cristaux d’oxyde de cérium nécessaire pour atteindre une activité catalytique élevée à des températures inférieures à 100 degrés Celsius.
Signification plus large
Cette recherche montre pour la première fois que lors du développement de catalyseurs, il est utile de ne pas se limiter aux métaux nobles qui doivent effectuer le travail. Dans ce cas, faire varier la taille des particules qui servent de support aux matières actives offre une nouvelle possibilité intéressante pour améliorer encore les catalyseurs et, par conséquent, améliorer l’efficacité et la spécificité des réactions chimiques.
Ceci est également important pour le développement de procédés permettant de combiner le dioxyde de carbone de l’air ambiant avec de l’hydrogène vert pour produire des carburants ou des composés destinés à la production de plastiques durables.
En collaboration avec l’entreprise britannique Johnson Matthey, qui produit des catalyseurs pour l’industrie automobile, les chercheurs vont maintenant étudier plus en détail comment traduire ces découvertes dans de nouveaux produits.
