Los convertidores catalíticos limpian el aire de este tipo de fuga nociva, al menos si todavía están en buenas condiciones y a la temperatura de funcionamiento. (COMUNES DE WIKIMEDIA)
(PhysOrg.com) - El control sobre las propiedades del material reduciría la cantidad de platino necesaria.
Los subproductos tóxicos que se producen cuando el motor de un automóvil quema combustible se canalizan hacia el convertidor catalítico, donde las reacciones químicas los convierten en sustancias mucho menos tóxicas como el agua y el dióxido de carbono.
El catalizador que reduce la energía de activación de estas reacciones químicas para que puedan tener lugar a temperaturas y velocidades razonables suele ser el platino. uno de los metales más raros y preciosos del mundo. Porque el platino es tan caro, los fabricantes de automóviles quieren usar la menor cantidad posible, y utilizarlo de la forma más eficaz posible.
Para maximizar su área de superficie específica (área de superficie por unidad de masa) y por lo tanto su actividad química, los fabricantes recubren un soporte cerámico con pequeñas partículas de platino. Pero cuando el convertidor se calienta, los agregados de platino, formando grandes grupos que no pueden llevar a cabo las reacciones de desintoxicación con la misma eficacia. Para compensar la pérdida de eficiencia, los convertidores deben contener más platino, un metal escaso muy necesario para otras aplicaciones de energía limpia, como las pilas de combustible.
Un sistema catalítico modelo, descrito en línea esta semana de la Revista Angewantde Chemie International Edition de la Sociedad Química Alemana, evita que el platino se agregue, de modo que se necesita menos para cada convertidor.
El sistema fue ideado por un equipo de científicos que incluía a Younan Xia, Doctor, el profesor James M. McKelvey de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis. El equipo también incluye a Charles T. Camvell, Doctor, el profesor de química Lloyd E. y Florence M. West en la Universidad de Washington en Seattle y Paul T. Fanson, Doctor, químico en Toyota Toyota Motor Engineering &Manufacturing North America en Ann Arbor.
El desarrollo clave es recubrir las nanopartículas de platino con una capa de sílice porosa. Debido a su débil interacción con el platino, el revestimiento de sílice proporciona una barrera de energía que mantiene el platino en su lugar incluso a temperaturas muy altas, previniendo la agregación y manteniendo la actividad catalítica.
El primer paso para hacer el nuevo sistema es cargar nanofibras de dióxido de titanio con nanopartículas de platino. Este soporte hace que el catalizador de platino sea más activo al proporcionar electrones adicionales para algunas de las reacciones desintoxicantes. Las fibras cargadas se recubren luego con sílice que contiene un agente orgánico generador de poros, que luego se eliminó calentando a 350 grados C para crear vainas porosas.
El nuevo diseño carga nanopartículas de platino en nanofirmers y luego recubre las nanopartículas con sílice y un compuesto orgánico generador de poros que se puede eliminar mediante un calentamiento suave. La vaina porosa permite que los gases lleguen al platino, pero evita que las partículas se agreguen. (YOUNAN XIA / WUSTL)
“Es muy complicado hacer que este tipo de recubrimiento sea lo suficientemente delgado y poroso para que no afecte realmente la actividad del catalizador de platino. Así que ese es un avance importante, Xia dice.
Luego, los experimentos mostraron que el platino recubierto de sílice mantuvo su capacidad catalítica a temperaturas mucho más altas que el platino sin recubrimiento. que comenzó a agregarse a temperaturas tan bajas como 350 grados C.
Yunqian Dai, el autor principal del artículo y un estudiante graduado visitante de China, dice que este desarrollo "mejorará en gran medida la termoestabilidad" de los catalizadores de platino, aunque todavía no está claro si conducirá a nuevos diseños de convertidores catalíticos.
“Parece que podemos ejecutarlos hasta 750 grados sin ninguna aglomeración significativa, ”Dice Xia. "La temperatura típica de un convertidor catalítico es aproximadamente 550, entonces en ese sentido, debería poder durar más tiempo ".
A continuación, para el té de Xia, es estudiar sistemas catalíticos con diferentes composiciones, como el óxido de aluminio en lugar del revestimiento de sílice.
El platino es tan caro Xia dice, los convertidores a veces son robados y es económico reciclar los viejos para recuperar el metal precioso. El objetivo de su investigación, sin embargo, es usar mucho menos platino, por lo que los automóviles cuestan menos y hay más metal disponible para otros usos.
