La reducción de las emisiones contaminantes de los vehículos y el cumplimiento de las normas más estrictas sobre gases de escape son los principales desafíos a la hora de desarrollar convertidores catalíticos. Un nuevo concepto podría ayudar a tratar de manera eficiente los gases de escape después del arranque en frío de los motores y en el tráfico urbano y a reducir el consumo de metales nobles costosos. Se basa en la interacción entre el platino y el portador de óxido de cerio para controlar la actividad catalítica mediante cambios a corto plazo del modo de funcionamiento del motor. los investigadores informan en la revista Angewandte Chemie .

Gracias a sus buenas propiedades catalíticas, el platino se aplica a menudo en convertidores catalíticos de vehículos. Ahora, Aproximadamente el 60% del comercio europeo de platino se utiliza para este fin. Usando un convertidor catalítico de oxidación diesel (DOC), en el que tiene lugar la postcombustión de hidrocarburos y monóxido de carbono, Los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y sus socios descubrieron que el tamaño de partícula y el estado de oxidación del componente de platino durante el funcionamiento se pueden modificar específicamente. Las interacciones entre el material de soporte y el metal noble aplicado juegan un papel importante. Los resultados reflejan una superficie de convertidor catalítico altamente dinámico que reacciona de manera extremadamente sensible a los impactos externos, como la composición de los gases de escape. Los investigadores presentan formas de utilizar esta dinámica para mejorar los convertidores catalíticos.

"Lo especial es que podemos ajustar el tamaño y el estado de las nanopartículas de metales nobles en la superficie del convertidor catalítico. Los métodos nos permiten hacer esto en condiciones de operación relevantes e incluso reales y, por eso, para ajustar directamente la actividad catalítica de los materiales, "dice Andreas Gänzler, científico del Instituto de Tecnología Química y Química de Polímeros (ITCP) de KIT y autor principal del estudio "Ajuste de la estructura de las partículas de platino en ceria in situ para mejorar el rendimiento catalítico de los catalizadores de gases de escape", publicado en el último número de la revista Angewandte Chemie (Quimica APLICADA). En su estudio, los investigadores demostraron la sensibilidad con la que reacciona el estado del platino a la composición, es decir, la proporción de monóxido de carbono y oxígeno, y la temperatura de los gases de escape. El funcionamiento del motor ya se ha modificado específicamente en los sistemas de postratamiento de gases de escape que se utilizan en la actualidad. De este modo, La composición de los gases de escape se ajusta para la regeneración de filtros de partículas o convertidores catalíticos de almacenamiento de NOx. El estudio revela que también es posible configurar de manera óptima el componente de platino activo para mejorar la actividad del convertidor catalítico y reducir el consumo de metal noble.

En el curso del proyecto de cooperación franco-alemana, Se utilizaron métodos complejos para observar los materiales en condiciones de operación. Mediante microscopía electrónica de transmisión ambiental (ETEM), Se visualizaron modificaciones estructurales a nivel atómico del material. Se aplicó espectroscopia de absorción de rayos X en el sincrotrón SOLEIL en el St. Aubin francés y en el Acelerador de Investigación KARA Karlsruhe de KIT para estudiar los procesos en condiciones realistas de gases de escape. "Según estas observaciones de los materiales del convertidor catalítico en condiciones reales, los hallazgos se pueden transferir mucho más rápidamente a la aplicación, ", Señala Gänzler.

Con la ayuda de los hallazgos obtenidos, La actividad catalítica de los convertidores catalíticos de oxidación diesel se puede mejorar a baja temperatura. De sus observaciones, los científicos derivaron un concepto básico prometedor para ajustar específicamente el tamaño y la estructura de las partículas de platino en función de la actividad catalítica requerida durante la operación. El concepto se puede utilizar, entre otros, para mejorar significativamente el rendimiento catalítico después del arranque en frío de los motores de combustión y al conducir en tráfico urbano. "La estructura de las nanopartículas de metales nobles puede verse influenciada por modificaciones a corto plazo del modo de funcionamiento del motor, por ejemplo, "Dice Gänzler.

Basado en los hallazgos, Se pueden mejorar los nuevos tipos de convertidores catalíticos actuales y futuros y se puede aumentar su eficiencia económica. ya que la concentración de metales nobles se puede reducir hasta en un 50%. El estudio que el profesor Jan-Dierk Grunwaldt del ITCP considera "uno de los aspectos más destacados en la investigación de convertidores catalíticos" despierta un gran interés de expertos. Se llevó a cabo en el curso del proyecto "ORCA - Convertidor catalítico de oxidación / reducción para vehículos diésel de la próxima generación" que forma parte de la colaboración de investigación germano-francesa de Deufrako. El proyecto está financiado con 960 euros, 000 por el Ministerio Federal de Economía y Energía. Aparte de KIT, el Institut de Recherches sur la Catalyze et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), TU Darmstadt, la empresa Solvay, y Umicore AG &Co. KG, una empresa de tecnología de materiales y reciclaje en Hanau, participar en el proyecto de colaboración.