El profesor Hyunjoo Lee y el candidato a doctorado Hojin Jeong. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Un equipo de investigación de KAIST ha desarrollado un catalizador de conjunto de Rh completamente disperso (ENS) que muestra un mejor rendimiento que el catalizador de oxidación diésel comercial (DOC). Este ENS recientemente desarrollado podría mejorar el tratamiento de los gases de escape de los automóviles a baja temperatura.
Los metales preciosos se han utilizado para diversas reacciones heterogéneas, pero es crucial maximizar la eficiencia de los catalizadores debido a su alto costo. Los catalizadores de un solo átomo (SAC) han recibido mucha atención porque es posible que todos los átomos de metal se utilicen para reacciones, sin embargo, no muestran actividad catalítica para reacciones que requieren sitios conjuntos.
Mientras tanto, hidrocarburos como el propileno (C3H6) y el propano (C3H8) son contaminantes típicos de los gases de escape de los automóviles y deben convertirse en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) antes de que se liberen como gases de escape. Dado que la reacción de oxidación de hidrocarburos se produce solo durante la escisión del enlace carbono-carbono (C-C) o carbono-hidrógeno (C-H), es esencial asegurar el sitio del conjunto de metales para la reacción catalítica. Por lo tanto, Los catalizadores de metales preciosos con alta dispersión y sitios de conjuntos son muy necesarios.
Para resolver este problema, El profesor Hyunjoo Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular y el profesor Jeong Woo Han de POSTECH desarrollaron un catalizador de conjunto Rh con una dispersión del 100 por ciento, y lo aplicó al postratamiento del automóvil. Tener una dispersión del 100 por ciento significa que cada átomo de metal se usa para la reacción, ya que está expuesto en la superficie.
Figura 1. Concepto de catalizador de conjunto Rh para el tratamiento de gases de escape de automóviles. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
Los SAC también tienen una dispersión del 100 por ciento, pero la diferencia es que los ENS tienen la ventaja única de tener un sitio conjunto con dos o más átomos.
Como resultado del experimento, los ENS mostraron un excelente rendimiento catalítico en CO, NO, propileno, y oxidación del propano a bajas temperaturas. Esto complementa la desventaja de los catalizadores de nanopartículas (NP) que realizan una catálisis deficiente a bajas temperaturas debido a la baja dispersión del metal. o SAC sin oxidación de hidrocarburos.
En particular, los ENS tienen una actividad superior a bajas temperaturas incluso mejor que los DOC comerciales, por tanto, se espera que se apliquen al tratamiento de los gases de escape de los automóviles.
Figura 2. Comparación de estructura y rendimiento del catalizador de un solo átomo y el catalizador de conjunto. Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
El profesor Lee dijo:"Creo que las ENS han dado un aporte académico para proponer un nuevo concepto de catalizadores metálicos, diferenciarse de los SAC y NP convencionales. Al mismo tiempo, son de gran valor en la industria de los catalizadores para el tratamiento de los gases de escape ".
Esta investigación, dirigido por Ph.D. candidato Hojin Jeong, fue publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense el 5 de julio.
Figura 3. Imágenes de mapeo de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS) para SAC, ENS, y NP, respectivamente (verde, Eh; rojo, Ce). Crédito:Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST)
