I risultati, pubblicato in Materiali della natura , rendere più raggiungibile la sfida del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti a 150ºC per le emissioni. Gli scienziati del gruppo López propongono una carica dinamica e uno stato di ossidazione per i catalizzatori a singolo atomo. Il trasferimento di carica dinamico tra metallo e ossido è fondamentale per comprendere la natura del sito attivo nei catalizzatori a singolo atomo. Attestazione:Núria López (ICIQ)
Gli inquinanti che escono dagli scarichi delle auto sono dannosi per l'ambiente e la salute pubblica. Con l'obiettivo di ridurre complessivamente le emissioni delle auto, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha lanciato una sfida agli scienziati di tutto il mondo:convertire cataliticamente il 90% di tutti gli inquinanti critici (idrocarburi, CO 2 , NO X ecc.) nello scarico dell'auto in sostanze meno nocive a 150ºC. Però, catalizzatori eterogenei a base di nanoparticelle, come il catalizzatore di scarico a tre vie utilizzato nelle automobili, funzionano meglio ad alte temperature (tra 200 e 400 ° C), rendendo così difficile raggiungere la sfida DOE a 150ºC.
Ora, ricercatori del Gruppo López, hanno studiato in dettaglio il comportamento dei singoli atomi di Pt supportati su CeO 2 —cosa sostengono i ricercatori supererebbe le prestazioni delle nanoparticelle di Pt supportate su CeO 2 attualmente impiegato nel catalizzatore di scarico a tre vie. I risultati, pubblicato in Materiali della natura , mostrano che l'assunzione comune di una carica statica nella catalisi a singolo atomo è eccessivamente semplificata. Anziché, gli scienziati propongono una carica dinamica, in grado di spiegare la reattività unica trovata per singoli atomi di platino attivati su ceria, che a sua volta può eseguire la CO-ossidazione soddisfacendo la sfida DOE 150ºC per le emissioni.
Carica dinamica e stato di ossidazione
Da quando è fiorito il campo della catalisi a singolo atomo, gli scienziati hanno lavorato per comprendere il comportamento intimo all'interfaccia tra i catalizzatori a singolo atomo e gli ossidi che li supportano, sperando che questa conoscenza permetta la messa a punto della loro attività catalitica. Gli scienziati del gruppo López hanno combinato la teoria funzionale della densità (DFT) e la dinamica molecolare dei primi principi (BOMD) per chiarire cosa sta succedendo esattamente nell'interfaccia.
Le simulazioni hanno rivelato un sistema metastabile in cui gli atomi di Pt hanno diversi stati di ossidazione sovrapposti, permettendo al catalizzatore di passare da uno stato all'altro. Questi stati di ossidazione dinamicamente interconnessi sono "un concetto completamente nuovo, " come Nathan Daelman, primo autore dello studio, spiega.
Per gli scienziati, è evidente che il comportamento dinamico influenza la reattività del sistema e, per la prima volta, sono stati in grado di spiegare la fase di attivazione del Pt necessaria affinché i catalizzatori di scarico a tre vie funzionino correttamente in condizioni di lavoro DOE 150ºC. Ai ricercatori, i prossimi passi saranno lavorare per preparare un modello del meccanismo che sarà in grado di prevedere con la temperatura il comportamento del sistema catalitico.
