L'inquinamento atmosferico dovuto alla combustione del carburante è uno dei maggiori problemi ambientali, soprattutto negli ambienti urbani. Nelle città densamente popolate, la presenza di ossidi di azoto, particelle di carbonio molto piccole, e il monossido di carbonio (CO) nell'aria danneggia gravemente la salute umana e aumenta la mortalità. Una collaborazione tra ricercatori dell'Università di Barcellona e dell'Istituto di Catalisi Boreskov dell'Accademia Russa delle Scienze di Novosibirsk (Russia) apre la strada alla riduzione delle emissioni di inquinanti automobilistici. In un recente studio, gli scienziati presentano principi di progettazione e sintesi di catalizzatori per trasformare le molecole tossiche nell'aria a temperature inferiori a 0 gradi C.

La maggior parte degli inquinanti nocivi generati nei motori a combustione per autoveicoli viene abbattuta negli scarichi delle auto attraverso interazioni con sofisticati convertitori catalitici. In particolare, i cosiddetti catalizzatori di scarico automobilistico a tre vie trasformano i dannosi ossidi di azoto, monossido di carbonio, e idrocarburi in azoto molecolare innocuo, acqua, e anidride carbonica.

Però, una delle sfide rimanenti sono le emissioni di avviamento a freddo generate dai veicoli durante i primi minuti dopo l'accensione fino a quando il motore diventa sufficientemente caldo da consentire al catalizzatore di iniziare a funzionare. "Infatti, la maggior parte delle emissioni nocive durante una guida media proviene da tali emissioni di avviamento a freddo, " nota Konstantin Neyman, Professore ICREA presso l'Istituto di Chimica Teorica e Computazionale dell'Università di Barcellona (IQTCUB). "Lo sviluppo di catalizzatori che funzionino in modo efficiente a basse temperature è quindi un campo di ricerca molto attivo, " Aggiunge.

In tale contesto, ricercatori del gruppo guidato dal professor Andrei Boronin, dell'Istituto di catalisi Boreskov (Novosibirsk, Russia), hanno studiato le proprietà catalitiche di materiali complessi basati su combinazioni di metalli e ossidi. Il team siberiano si è concentrato sull'efficienza a bassa temperatura dei catalizzatori sintetizzati e ha identificato una particolare combinazione in grado di avviare la conversione della CO a -50 gradi C.

Questa efficienza a bassa temperatura è stata ottenuta disperdendo finemente platino, un metallo cataliticamente attivo utilizzato in numerose applicazioni, su biossido di cerio nanostrutturato. "La chiave per le prestazioni di questi materiali molto attivi è la sinergia tra il supporto di ossido e il platino ossidato ben distribuito. Possiamo identificare questi componenti attraverso tecniche spettroscopiche, ma caratterizzare il loro ruolo specifico richiede modelli computazionali dedicati, " afferma il professor Boronin.

È proprio qui che entra in gioco il lavoro di modellazione teorica svolto nel gruppo guidato da Konstantin Neyman. Albert Bruix, un ricercatore Beatriu de Pinós in questo gruppo, dice, "Per mezzo di calcoli di meccanica quantistica utilizzando computer ad alte prestazioni, possiamo modellare questi affascinanti materiali e decifrare il ruolo di ciascun componente nelle eccezionali prestazioni catalitiche misurate sperimentalmente".

Lo studio, pubblicato in Catalisi applicata B:ambientale , è un importante passo avanti nello sviluppo di materiali catalitici per il trattamento ossidativo a bassa temperatura degli inquinanti atmosferici. Però, Il professor Boronin dice, "La quantità di platino utilizzata in questi catalizzatori è piuttosto grande, e il suo costo ostacola applicazioni commercialmente valide." Aggiunge, "Il nostro lavoro attuale si concentra quindi sul raggiungimento di prestazioni altrettanto elevate con carichi di metalli preziosi fortemente ridotti".

L'impatto sociale dello sviluppo di tali catalizzatori non si limita alle emissioni automobilistiche:"Questi materiali possono essere utilizzati anche per il trattamento ossidativo degli inquinanti prodotti da fonti fisse come le centrali elettriche a combustibili fossili, " conclude Konstantin Neyman.