Ricercatori della Washington State University, Università del Nuovo Messico, Università della tecnologia di Eindhoven, e il Pacific Northwest National Laboratory hanno sviluppato un catalizzatore in grado sia di resistere alle alte temperature sia di convertire gli inquinanti a temperatura ambiente vicina, un importante passo avanti per ridurre l'inquinamento nelle auto moderne.

Riferiscono il loro lavoro nel giornale, Comunicazioni sulla natura .

I convertitori catalitici sono stati utilizzati negli Stati Uniti dagli anni '70 come un modo per ripulire gli inquinanti dallo scarico dei veicoli. Nel processo catalitico, metalli rari, come il platino, sono utilizzati in una reazione chimica per convertire il monossido di carbonio e altri inquinanti in anidride carbonica non tossica, azoto, e acqua.

Poiché le auto sono diventate più efficienti nei consumi, però, consumano meno energia e la temperatura dei gas di scarico è più bassa, che rende più difficile la pulizia degli inquinanti. Infatti, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha fissato l'obiettivo di rimuovere il 90% delle emissioni nocive a 150 gradi Celsius o meno.

I catalizzatori devono funzionare a basse temperature ma devono anche sopravvivere alle dure condizioni incontrate durante il funzionamento.

"Il problema del catalizzatore è aumentato paradossalmente man mano che le auto sono diventate migliori e più efficienti, " disse Emiel Hensen, professore di catalisi alla Eindhoven University of Technology.

Nel frattempo, l'industria lotta anche con l'alto costo dei metalli preziosi necessari per la catalisi. Platino, ad esempio, facilita le reazioni chimiche per molti prodotti e processi comunemente usati ma costa più di $ 800 l'oncia.

Il catalizzatore sviluppato dai ricercatori si basa sull'attivazione di singoli atomi di platino supportati su ossido di cerio. Mentre il loro catalizzatore supera la tecnologia attuale, riduce anche la quantità di platino necessaria, che abbasserebbe i costi complessivi.

"L'industria vuole utilizzare ogni singolo atomo dei metalli preziosi, ecco perché la catalisi a singolo atomo ha attirato maggiore attenzione, " ha detto Abhaya Datee, un illustre professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica dell'UNM.

Nel loro ultimo lavoro, i ricercatori hanno prima assicurato che i loro catalizzatori fossero termicamente stabili, intrappolando ioni platino su un supporto di ossido di cerio a temperature molto elevate. Il loro metodo di sintesi ha fatto sì che gli atomi di platino si legassero fortemente al loro supporto. Hanno quindi attivato il catalizzatore in monossido di carbonio a circa 275 gradi Celsius.

"Con nostra sorpresa, abbiamo scoperto che la sintesi ad alta temperatura rendeva la ceria più facilmente riducibile, permettendogli di fornire un ingrediente chiave, l'ossigeno, ai siti attivi, " ha detto Yong Wang, Voiland Distinguished Professor presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering presso la WSU.

L'ossigeno attivato è stato quindi in grado di rimuovere gli inquinanti a temperatura ambiente vicina ai siti di platino.

"Questa ricerca affronta direttamente la sfida a 150 gradi identificata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dalle aziende automobilistiche, "ha detto Wang. "La scoperta dell'attivazione dell'ossigeno a temperatura ambiente vicina è estremamente utile, e questa scoperta potrebbe avere un impatto significativo sulla tecnologia del controllo delle emissioni di scarico".

I ricercatori hanno ora in programma di studiare le prestazioni dei catalizzatori a singolo atomo con altri composti organici e inquinanti. Il lavoro è stato finanziato dall'Ufficio per le scienze energetiche di base del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti e dal Centro di ricerca olandese per la conversione catalitica multiscala dell'energia.