Los productos químicos que producen smog podrían eliminarse casi por completo de los tubos de escape de los automóviles y furgonetas diésel, utilizando un nuevo concepto de catalizador de escape desarrollado en KAUST. Después de estudiar sistemáticamente múltiples composiciones de catalizadores, el equipo de investigación identificó la receta atómica ideal para eliminar catalíticamente NO_x de las emisiones de los vehículos. Los hallazgos, publicados en Nature Communications , resuelve un debate en curso sobre los átomos aditivos en la mezcla de catalizadores.

Los desarrollos recientes en el diseño de motores de alta eficiencia, junto con regulaciones más estrictas sobre emisiones de vehículos, exigen catalizadores de escape de motor mejorados. NO_x de generación actual Los catalizadores para motores diesel pequeños funcionan de manera óptima por encima de los 200 grados centígrados. Ahora se requieren catalizadores que operen a temperaturas más bajas. Dichos catalizadores deben eliminar rápidamente el NO_x después de un arranque en frío y asociarse con nuevos motores de combustión de baja temperatura.

Desarrollar una nueva generación de NO_x mejorados catalizador, la empresa de control de emisiones automotrices Umicore se asoció con un equipo de investigación del Centro de Catálisis KAUST, dirigido por Javier Ruiz-Martínez, para optimizar el diseño del catalizador.

“Investigamos materiales a base de manganeso por su buen desempeño y bajo costo”, explica Ruiz-Martínez. NO_x a base de manganeso los catalizadores normalmente han usado cerio como dopante, aunque no hubo consenso sobre el papel del cerio en NO_x eliminación. "La mejor manera de desarrollar nuevos catalizadores es comprender primero cómo funcionan esos materiales", dice Ruiz-Martínez. Entonces, el equipo produjo una serie de catalizadores, incorporando cantidades variables de cerio, para resolver el debate.

El equipo primero estableció métodos para producir cada catalizador con una nanoestructura homogénea para permitir una comparación entre ellos. “Después de asegurarnos de que los materiales del catalizador eran como los diseñamos, buscamos correlaciones entre la actividad catalítica y la cantidad de cerio y manganeso”, dice Ruiz-Martínez. Después de tener en cuenta las diferencias en el área superficial del catalizador, el equipo demostró que la presencia de cerio reducía la actividad catalítica de los átomos de manganeso.

En estudios previos en los que el cerio parecía potenciar el NO_x catalítico eliminación, el aparente efecto positivo del cerio desapareció una vez que el equipo tuvo en cuenta su impacto en el área de la superficie del catalizador. Sin embargo, el cerio tenía un beneficio:suprimir una reacción secundaria no deseada que producía N₂ O. Como N₂ Es probable que la formación de O requiera la participación de dos sitios de manganeso vecinos, la adición de cerio puede diluir el número de sitios de manganeso en la superficie y así suprimir la reacción.

"Nuestros hallazgos muestran que el diseño de materiales catalizadores más activos requiere la maximización de los átomos de manganeso en la superficie del catalizador y que estos átomos de manganeso estén espaciados atómicamente para evitar N₂ O", dice Ruiz-Martínez. "Ahora estamos diseñando catalizadores que exponen manganeso disperso atómicamente en la superficie, y los resultados son extremadamente prometedores". + Explore más

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