Une équipe de recherche internationale de la Washington State University, de l'Université du Dakota du Nord, de l'Université nationale de Taïwan et des institutions partenaires a découvert un moyen de suralimenter les catalyseurs Platinum-Meria utilisant un ingrédient minuscule mais puissant – le zirconium à atomes (ZR). Cette innovation pourrait rendre les systèmes de contrôle de la pollution plus économes en énergie et plus rentables, tout en réduisant le besoin de métaux précieux.
Le travail de l'équipe, publié dans Communications de la naturerévèle que les atomes de zirconium placés individuellement agissent comme des « assistants intelligents » au platine. Au lieu d'être le principal site réactif, ZR modifie subtilement l'environnement platine environnant, ce qui rend l'oxygène plus facile à activer. Cela s'applique aux deux molécules d'oxygène de l'air et de l'oxygène du réseau stocké dans le catalyseur lui-même. Ces espèces d'oxygène activées sont essentielles pour décomposer des gaz nocifs comme le monoxyde de carbone, le propane et le propylène.
En utilisant la spectroscopie d'absorption des rayons X à la pointe de la technologie au National Synchrotron Radiation Research Center à Taïwan, les chercheurs ont confirmé que les atomes de zirconium restent dispersés atomiquement et forment des structures Zr – O – PT uniques.
La modélisation théorique a montré que ces structures réduisaient la barrière d'énergie à l'activation de l'oxygène de plus de 50%, accélérant considérablement les réactions d'oxydation.
Dans les tests de performance, le catalyseur de platine – Meceria amélioré par le zirconium a atteint une dégradation du polluant à des températures plus basses que les catalyseurs conventionnels. Cela signifie que moins d'énergie est nécessaire pour commencer à nettoyer l'air – critique pour des applications telles que le traitement des échappements automobiles, le contrôle des émissions industrielles et la fabrication de produits chimiques durables.
« Notre étude montre comment la conception au niveau atomique peut transformer les performances catalytiques, offrant une nouvelle voie vers des processus industriels plus propres et plus durables », explique le professeur Chih-Jung Chen, auteur correspondant de l'étude.
