I convertitori catalitici purificano l'aria da questo tipo di fumo nocivo, almeno se sono ancora in buone condizioni e fino alla temperatura di esercizio. (COMUNI WIKIMEDIA)
(PhysOrg.com) -- Il controllo sulle proprietà dei materiali ridurrebbe la quantità di platino necessaria.
I sottoprodotti tossici prodotti quando il motore di un'auto brucia carburante vengono incanalati nel convertitore catalitico, dove le reazioni chimiche li trasformano in sostanze molto meno tossiche come acqua e anidride carbonica.
Il catalizzatore che abbassa l'energia di attivazione di queste reazioni chimiche in modo che possano avvenire a temperature e velocità ragionevoli è solitamente il platino, uno dei metalli più rari e preziosi al mondo. Perché il platino è così costoso, le case automobilistiche vogliono usare il meno possibile, e utilizzarlo nel modo più efficace possibile.
Per massimizzare la sua superficie specifica (superficie per unità di massa) e quindi la sua attività chimica, i produttori rivestono un supporto ceramico con piccole particelle di platino. Ma quando il convertitore si surriscalda, gli aggregati di platino, formando grossi grumi che non possono svolgere le reazioni di disintossicazione con la stessa efficacia. Per compensare la perdita di efficienza, i convertitori devono contenere più platino, un metallo scarso e disperatamente necessario per altre applicazioni di energia pulita, come le celle a combustibile.
Un sistema catalitico modello, descritto online questa settimana dal Journal Angewantde Chemie International Edition della German Chemical Society, impedisce al platino di aggregarsi, in modo che sia necessario meno per ogni convertitore.
Il sistema è stato ideato da un team di scienziati tra cui Younan Xia, dottorato di ricerca, il James M. McKelvey Professor of Biomedical Engineering presso la School of Engineering and Applied Science della Washington University di St. Louis. Il team comprende anche Charles T. Camvell, dottorato di ricerca, il Lloyd E. e Florence M. West Professor di Chimica presso l'Università di Washington a Seattle e Paul T. Fanson, dottorato di ricerca, un chimico presso ToyotaToyota Motor Engineering &Manufacturing North America ad Ann Arbor.
Lo sviluppo chiave è rivestire le nanoparticelle di platino con uno strato di silice porosa. A causa della sua debole interazione con il platino, il rivestimento in silice fornisce una barriera energetica che mantiene il platino in posizione anche a temperature molto elevate, prevenendo l'aggregazione e mantenendo l'attività catalitica.
Il primo passo per realizzare il nuovo sistema è caricare le nanofibre di biossido di titanio con nanoparticelle di platino. Questo supporto rende il catalizzatore al platino più attivo fornendo elettroni aggiuntivi per alcune delle reazioni disintossicanti. Le fibre caricate vengono quindi rivestite con silice contenente un agente generatore di pori organico, che è stato poi rimosso riscaldando a 350 gradi C per creare guaine porose.
Il nuovo design carica le nanoparticelle di platino sulle nanofibre e quindi le riveste con silice e un composto organico che genera pori che può essere rimosso con un leggero riscaldamento. La guaina porosa permette ai gas di raggiungere il platino, ma impedisce alle particelle di aggregarsi. (YOUNAN XIA/WUSTL)
"È molto difficile rendere questo tipo di rivestimento abbastanza sottile e abbastanza poroso da non influenzare realmente l'attività del catalizzatore al platino. Quindi questo è uno sviluppo importante, ” dice Xia.
Gli esperimenti hanno poi dimostrato che il platino rivestito di silice mantiene la sua capacità catalitica a temperature molto più elevate rispetto al platino non rivestito, che ha iniziato ad aggregarsi a temperature fino a 350 gradi C.
Yunqian Dai, l'autore principale dell'articolo e uno studente laureato in visita dalla Cina, afferma che questo sviluppo "migliorerà notevolmente la termostabilità" dei catalizzatori al platino, anche se non è ancora chiaro se porterà a nuovi progetti di convertitori catalitici.
"Sembra che possiamo farli funzionare fino a 750 gradi senza alcun agglomerato significativo, "dice Xia. “La temperatura tipica per un convertitore catalitico è di circa 550, quindi in questo senso, dovrebbe essere in grado di durare più a lungo”.
Il prossimo per il tè di Xia, è studiare sistemi catalitici con diverse composizioni, come l'ossido di alluminio piuttosto che la guaina di silice.
Il platino è così costoso, Xia dice, i convertitori a volte vengono rubati ed è economico riciclare quelli vecchi per recuperare il metallo prezioso. L'obiettivo della sua ricerca, però, è usare molto meno platino, quindi le auto costano meno e più metallo è disponibile per altri usi.
