La riduzione delle emissioni inquinanti dei veicoli e il rispetto di standard più severi sui gas di scarico sono sfide importanti nello sviluppo di convertitori catalitici. Un nuovo concetto potrebbe aiutare a trattare in modo efficiente i gas di scarico dopo l'avviamento a freddo dei motori e nel traffico urbano e a ridurre il consumo del costoso metallo nobile. Si basa sull'interazione tra il platino e il vettore di ossido di cerio per controllare l'attività catalitica mediante cambiamenti a breve termine della modalità di funzionamento del motore, i ricercatori riferiscono sulla rivista Angewandte Chemie .

Grazie alle sue buone proprietà catalitiche, il platino è spesso applicato nei convertitori catalitici dei veicoli. Attualmente, a questo scopo viene utilizzato circa il 60% del commercio europeo di platino. Utilizzando un convertitore catalitico ossidante diesel (DOC), in cui avviene la postcombustione di idrocarburi e monossido di carbonio, gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ei loro partner hanno scoperto che la dimensione delle particelle e lo stato di ossidazione del componente di platino durante il funzionamento possono essere modificati in modo specifico. Le interazioni tra il materiale di supporto e il metallo nobile applicato svolgono un ruolo importante. I risultati riflettono una superficie del convertitore catalitico altamente dinamico che reagisce in modo estremamente sensibile agli impatti esterni, come la composizione dei gas di scarico. I ricercatori presentano modi di utilizzare questa dinamica per migliorare i convertitori catalitici.

"La particolarità è che possiamo regolare le dimensioni e lo stato delle nanoparticelle di metalli nobili sulla superficie del convertitore catalitico. I metodi ci consentono di farlo in condizioni operative pertinenti e persino reali e, quindi, per regolare direttamente l'attività catalitica dei materiali, " dice Andreas Gänzler, scienziato del KIT's Institute for Chemical Technology and Polymer Chemistry (ITCP) e autore principale dello studio "Tuning the Structure of Platinum Particles on Ceria In Situ for Enhancing the Catalytic Performance of Exhaust Gas Catalysts" pubblicato nell'ultimo numero della rivista Angewandte Chemie (Chimica Applicata). Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato con quanta sensibilità lo stato del platino reagisce alla composizione, cioè il rapporto tra monossido di carbonio e ossigeno, e la temperatura dei gas di scarico. Il funzionamento del motore viene già modificato in modo specifico nei sistemi di post-trattamento dei gas di scarico utilizzati oggi. In questo modo, La composizione dei gas di scarico è regolata per la rigenerazione dei filtri antiparticolato o dei convertitori catalitici per l'accumulo di NOx. Lo studio rivela che è anche possibile impostare in modo ottimale il componente platino attivo al fine di potenziare l'attività del convertitore catalitico e ridurre il consumo di metallo nobile.

Nel corso del progetto di cooperazione franco-tedesca, sono stati utilizzati metodi complessi per osservare i materiali in condizioni operative. Mediante microscopia elettronica a trasmissione ambientale (ETEM), sono state visualizzate modifiche strutturali a livello atomico del materiale. La spettroscopia di assorbimento dei raggi X al sincrotrone SOLEIL a St. Aubin francese e al KARA Karlsruhe Research Accelerator di KIT è stata applicata per studiare i processi in condizioni realistiche di gas di scarico. "Sulla base di queste osservazioni sui materiali dei convertitori catalitici in condizioni reali, i risultati possono essere trasferiti molto più rapidamente all'applicazione, " precisa Gänzler.

Con l'aiuto dei risultati ottenuti, l'attività catalitica dei convertitori catalitici ossidanti diesel può essere potenziata a bassa temperatura. Dalle loro osservazioni, gli scienziati hanno derivato un concetto di base promettente per regolare in modo specifico le dimensioni e la struttura delle particelle di platino in funzione dell'attività catalitica richiesta durante il funzionamento. Il concetto può essere utilizzato tra l'altro per migliorare significativamente le prestazioni catalitiche dopo l'avviamento a freddo dei motori a combustione e durante la guida nel traffico urbano. "La struttura delle nanoparticelle di metalli nobili può essere influenzata da modifiche a breve termine della modalità di funzionamento del motore, ad esempio, " dice Gänzler.

Sulla base dei risultati, nuovi tipi di convertitori catalitici attuali e futuri possono essere migliorati e la loro efficienza economica può essere aumentata, poiché la concentrazione del metallo nobile può essere ridotta fino al 50%. Lo studio che è considerato "uno dei grandi punti salienti nella ricerca sui convertitori catalitici" del professor Jan-Dierk Grunwaldt di ITCP incontra il grande interesse degli esperti. È stato realizzato nell'ambito del progetto "ORCA – Ossidation/Reduction Catalytic Converter for Diesel Vehicles of the Next Generation" che fa parte della collaborazione di ricerca tedesco-francese Deufrako. Il progetto è finanziato con 960 euro, 000 dal Ministero federale dell'economia e dell'energia. Oltre a KIT, l'Institut de Recherches sur la Catalyze et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), TU Darmstadt, la società Solvay, e Umicore AG &Co. KG, un'azienda di tecnologia dei materiali e riciclaggio ad Hanau, partecipare al progetto di collaborazione.