La contaminación del aire por la quema de combustibles es uno de los mayores problemas ambientales, especialmente en entornos urbanos. En ciudades densamente pobladas, la presencia de óxidos de nitrógeno, partículas de carbono muy pequeñas, y el monóxido de carbono (CO) en el aire daña gravemente la salud humana y aumenta la mortalidad. Una colaboración entre investigadores de la Universidad de Barcelona y del Instituto de Catálisis Boreskov de la Academia de Ciencias de Rusia en Novosibirsk (Rusia) abre el camino para reducir las emisiones de contaminantes del automóvil. En un estudio reciente, Los científicos presentan principios de diseño y síntesis de catalizadores para transformar moléculas tóxicas en el aire a temperaturas inferiores a 0 grados C.

La mayoría de los contaminantes dañinos generados en los motores de combustión de los automóviles se eliminan en el escape de los automóviles mediante interacciones con convertidores catalíticos sofisticados. En particular, los llamados catalizadores de escape de automóviles de tres vías transforman los óxidos de nitrógeno nocivos, monóxido de carbono, e hidrocarburos en nitrógeno molecular inofensivo, agua, y dióxido de carbono.

Sin embargo, Uno de los desafíos restantes son las emisiones de arranque en frío generadas por los vehículos durante los primeros minutos después del encendido hasta que el motor se calienta lo suficiente como para que el catalizador comience a funcionar. "De hecho, la mayoría de las emisiones nocivas durante un viaje promedio provienen de tales emisiones de arranque en frío, "señala Konstantin Neyman, Profesor ICREA en el Instituto de Química Teórica y Computacional de la Universidad de Barcelona (IQTCUB). "El desarrollo de catalizadores que funcionen eficazmente a bajas temperaturas es, por tanto, un campo de investigación muy activo, " él añade.

En este contexto, investigadores del grupo dirigido por el profesor Andrei Boronin, del Instituto de Catálisis de Boreskov (Novosibirsk, Rusia), han estudiado las propiedades catalíticas de materiales complejos basados ​​en combinaciones de metales y óxidos. El equipo siberiano se centró en la eficiencia a baja temperatura de los catalizadores sintetizados e identificó una combinación particular capaz de comenzar a convertir CO a -50 grados C.

Esta eficiencia a baja temperatura se logró dispersando finamente platino, un metal catalíticamente activo utilizado en numerosas aplicaciones, sobre dióxido de cerio nanoestructurado. "La clave del rendimiento de estos materiales tan activos es la sinergia entre el soporte de óxido y el platino oxidado bien distribuido. Podemos identificar estos componentes mediante técnicas espectroscópicas, pero caracterizar su papel específico requiere modelos computacionales dedicados, "afirma el profesor Boronin.

Aquí es precisamente donde entra en juego el trabajo de modelado teórico realizado en el grupo liderado por Konstantin Neyman. Albert Bruix, becaria Beatriu de Pinós de este grupo, dice, "Por medio de cálculos de mecánica cuántica utilizando computadoras de alto rendimiento, podemos modelar estos fascinantes materiales y descifrar el papel de cada componente en el excelente rendimiento catalítico medido experimentalmente ".

El estudio, publicado en Catálisis aplicada B:ambiental , es un importante paso adelante en el desarrollo de materiales catalíticos para el tratamiento oxidativo a baja temperatura de los contaminantes del aire. Sin embargo, El profesor Boronin dice:"La cantidad de platino que se utiliza en estos catalizadores es bastante grande, y su costo dificulta las aplicaciones comercialmente viables ". "Por tanto, nuestro trabajo actual se centra en lograr un rendimiento igualmente alto con cargas de metales preciosos muy reducidas".

El impacto social del desarrollo de tales catalizadores no se limita a las emisiones de automóviles:"Estos materiales también se pueden utilizar para el tratamiento oxidativo de contaminantes producidos por fuentes estacionarias como las centrales eléctricas de combustibles fósiles, "concluye Konstantin Neyman.