Investigadores de la Universidad Estatal de Washington, Universidad de Nuevo México, Universidad Tecnológica de Eindhoven, y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han desarrollado un catalizador que puede soportar altas temperaturas y convertir contaminantes a casi temperatura ambiente, un avance importante para reducir la contaminación en los automóviles modernos.

Informan sobre su trabajo en la revista, Comunicaciones de la naturaleza .

Los convertidores catalíticos se han utilizado en los EE. UU. Desde la década de 1970 como una forma de limpiar los contaminantes de los gases de escape de los vehículos. En el proceso catalítico, metales raros, como el platino, se utilizan en una reacción química para convertir el monóxido de carbono y otros contaminantes en dióxido de carbono no tóxico, nitrógeno, y agua.

A medida que los automóviles se han vuelto más eficientes en combustible, sin embargo, utilizan menos energía y la temperatura de los gases de escape es más baja, lo que dificulta la limpieza de los contaminantes. De hecho, El Departamento de Energía de EE. UU. se ha fijado el objetivo de eliminar el 90 por ciento de las emisiones nocivas a 150 grados Celsius o menos.

Los catalizadores deben funcionar a bajas temperaturas, pero también deben sobrevivir en las duras condiciones que se encuentran durante la operación.

"El problema del catalizador ha aumentado paradójicamente a medida que los automóviles se han vuelto mejores y más eficientes, "dijo Emiel Hensen, profesor de catálisis en la Universidad Tecnológica de Eindhoven.

Mientras tanto, la industria también lucha con el alto costo de los metales preciosos necesarios para la catálisis. Platino, por ejemplo, facilita las reacciones químicas para muchos productos y procesos de uso común, pero cuesta más de $ 800 por onza.

El catalizador que desarrollaron los investigadores se basa en la activación de átomos individuales de platino apoyados en óxido de cerio. Si bien su catalizador supera a la tecnología actual, también reduce la cantidad de platino necesaria, lo que reduciría los costos generales.

"La industria quiere hacer uso de cada átomo de los metales preciosos, razón por la cual la catálisis de un solo átomo ha atraído una mayor atención, "dijo Abhaya Datye, profesor distinguido del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la UNM.

En su último trabajo, los investigadores primero se aseguraron de que sus catalizadores fueran térmicamente estables, atrapando iones de platino en un soporte de óxido de cerio a temperaturas muy altas. Su método de síntesis hizo que los átomos de platino se unieran fuertemente a su soporte. Luego activaron el catalizador en monóxido de carbono a aproximadamente 275 grados Celsius.

"Para nuestra sorpresa, Descubrimos que la síntesis a alta temperatura hizo que la ceria fuera más fácilmente reducible, lo que le permite proporcionar un ingrediente clave, oxígeno, a los sitios activos, "dijo Yong Wang, Voiland Profesor Distinguido en la Escuela de Ingeniería Química y Bioingeniería Gene and Linda Voiland en WSU.

Luego, el oxígeno activado pudo eliminar los contaminantes a casi temperatura ambiente en los sitios de platino.

"Esta investigación aborda directamente el desafío de 150 grados identificado por el Departamento de Energía de EE. UU. Y por las empresas de automóviles, ", dijo Wang." El descubrimiento de la activación del oxígeno a una temperatura cercana a la ambiente es extremadamente útil, y este hallazgo podría tener un impacto significativo en la tecnología de control de emisiones de escape ".

Los investigadores ahora planean estudiar el desempeño de los catalizadores de un solo átomo con otros compuestos orgánicos y contaminantes. El trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE. UU. Y el Centro de Investigación de los Países Bajos para la Conversión de Energía Catalítica Multiescala.