Los resultados, publicado en Materiales de la naturaleza , hacer que el desafío de 150ºC del Departamento de Energía de EE. UU. para las emisiones sea más alcanzable. Científicos del Grupo López proponen una carga dinámica y un estado de oxidación para catalizadores de átomo único. La transferencia de carga dinámica entre el metal y el óxido es crucial para comprender la naturaleza del sitio activo en los catalizadores de átomo único. Crédito:Núria López (ICIQ)
Los contaminantes que salen de los escapes de los automóviles son perjudiciales para el medio ambiente y la salud pública. Con el objetivo de reducir las emisiones de los automóviles en general, El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) lanzó un desafío a los científicos de todo el mundo:convertir catalíticamente el 90 por ciento de todos los contaminantes críticos (hidrocarburos, CO 2 , NO X etc.) en los gases de escape de los automóviles en sustancias menos nocivas a 150ºC. Sin embargo, Los catalizadores heterogéneos basados en nanopartículas, como el catalizador de escape de tres vías utilizado en los automóviles, funcionan mejor a altas temperaturas (entre 200 y 400ºC). por lo tanto, el desafío DOE de 150ºC parece difícil de lograr.
Ahora, investigadores del Grupo López, han estudiado en detalle el comportamiento de átomos individuales de Pt apoyados en CeO 2 —Lo que los investigadores argumentan superaría a las nanopartículas de Pt admitidas en el director ejecutivo 2 empleado actualmente en el catalizador de escape de tres vías. Los resultados, publicado en Materiales de la naturaleza , muestran que la suposición común de una carga estática en la catálisis de átomo único está muy simplificada. En lugar de, los científicos proponen una carga dinámica, capaz de explicar la reactividad única encontrada para átomos de platino individuales activados en ceria, que a su vez puede realizar la oxidación de CO cumpliendo con el desafío de emisiones de 150ºC del DOE.
Estado de oxidación y carga dinámica
Desde que floreció el campo de la catálisis de átomo único, Los científicos han estado trabajando para comprender el comportamiento íntimo en la interfaz entre los catalizadores de átomo único y los óxidos que los sustentan. esperando que este conocimiento permita sintonizar su actividad catalítica. Los científicos del Grupo López combinaron la Teoría Funcional de la Densidad (DFT) y la Dinámica Molecular de Primeros Principios (BOMD) para dilucidar qué está sucediendo exactamente en la interfaz.
Las simulaciones revelaron un sistema metaestable donde los átomos de Pt tienen varios estados de oxidación superpuestos, permitiendo que el catalizador cambie de un estado a otro. Estos estados de oxidación interconectados dinámicamente son "un concepto completamente nuevo, "como Nathan Daelman, primer autor del estudio, explica.
Para los científicos está claro que el comportamiento dinámico influye en la reactividad del sistema y, por primera vez, han podido explicar el paso de activación de Pt necesario para que los catalizadores de escape de tres vías funcionen correctamente en condiciones de trabajo DOE 150ºC. A los investigadores, Los próximos pasos estarán trabajando para preparar un modelo del mecanismo que podrá predecir con la temperatura el comportamiento del sistema catalítico.
