Il professor Hyunjoo Lee e il dottorando Hojin Jeong. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un team di ricerca KAIST ha sviluppato un catalizzatore di insieme Rh (ENS) completamente disperso che mostra prestazioni migliori rispetto al catalizzatore di ossidazione diesel (DOC) commerciale. Questo ENS di nuova concezione potrebbe migliorare il trattamento dei gas di scarico delle automobili a bassa temperatura.
I metalli preziosi sono stati utilizzati per varie reazioni eterogenee, ma è fondamentale massimizzare l'efficienza dei catalizzatori a causa del loro costo elevato. I catalizzatori a singolo atomo (SAC) hanno ricevuto molta attenzione perché è possibile utilizzare tutti gli atomi di metallo per le reazioni, tuttavia non mostrano attività catalitica per reazioni che richiedono siti di insieme.
Nel frattempo, idrocarburi, come il propilene (C3H6) e il propano (C3H8) sono tipici inquinanti dei gas di scarico delle automobili e devono essere convertiti in anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O) prima di essere rilasciati come gas di scarico. Poiché la reazione di ossidazione degli idrocarburi procede solo durante la scissione del legame carbonio-carbonio (C-C) o carbonio-idrogeno (C-H), è essenziale proteggere il sito dell'insieme metallico per la reazione catalitica. Perciò, catalizzatori di metalli preziosi con elevata dispersione e siti di insieme sono molto necessari.
Per risolvere questo problema, Il professor Hyunjoo Lee del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare e il professor Jeong Woo Han di POSTECH hanno sviluppato un catalizzatore di insieme Rh con dispersione al 100%, e lo ha applicato al post-trattamento dell'automobile. Avere una dispersione del 100% significa che ogni atomo di metallo viene utilizzato per la reazione poiché è esposto sulla superficie.
Figura 1. Concetto di catalizzatore insieme Rh per il trattamento dei gas di scarico delle automobili. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Le SAC hanno anche una dispersione del 100%, ma la differenza è che gli ENS hanno il vantaggio unico di avere un sito di insieme con due o più atomi.
Come risultato dell'esperimento, gli ENS hanno mostrato eccellenti prestazioni catalitiche in CO, NO, propilene, e ossidazione del propano a basse temperature. Ciò integra lo svantaggio dei catalizzatori a nanoparticelle (NP) che eseguono scarsamente la catalisi a basse temperature a causa della bassa dispersione di metalli, o SAC senza ossidazione degli idrocarburi.
In particolare, gli ENS hanno un'attività a bassa temperatura superiore anche migliore dei DOC commerciali, quindi dovrebbero essere applicati al trattamento dei gas di scarico delle automobili.
Figura 2. Confronto tra struttura e prestazioni di catalizzatore a singolo atomo e catalizzatore di insieme. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Il professor Lee ha detto, "Credo che gli ENS abbiano dato un contributo accademico per proporre un nuovo concetto di catalizzatori metallici, differenziazione da SAC e NP convenzionali. Allo stesso tempo, sono di grande valore nell'industria dei catalizzatori per il trattamento dei gas di scarico."
Questa ricerca, guidato da Ph.D. candidato Hojin Jeong, è stato pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana il 5 luglio
Figura 3. Immagini di mappatura della spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) per SAC, ENS, e NP, rispettivamente (verde, eh; rosso, Ce). Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
