Takozvani trosmerni katalizator u izduvnom sistemu automobila sastoji se od skupih materijala i ispravno radi samo kada izduvni gasovi imaju temperaturu od nekoliko stotina stepeni Celzijusa.
Kao rezultat toga, kada pokrenete svoj automobil ili kada vozite hibridni automobil u kojem se benzinski motor i električni motor naizmenično pokreću pogonskim sklopom, gasovi koji izlaze iz izduvnih gasova i dalje sadrže otrovni ugljen monoksid. U članku u časopisu Science , naučnici predvođeni Emielom Hensenom sada pokazuju da je modifikacijom materijala nosača katalizatora moguće skoro potpuno pretvoriti toksični ugljen monoksid u gas ugljen dioksida čak i na sobnoj temperaturi.
Automobilski katalizatori se prave nanošenjem plemenitih metala kao što su platina, paladijum i rodijum na podlogu od materijala cerijum oksida, koji je takođe poznat kao cerijum. Međutim, plemeniti metali su i retki i skupi. Istraživači širom sveta stoga rade na metodama za postizanje iste ili čak bolje katalitičke aktivnosti korišćenjem manjeg broja ovih materijala.
Na primer, u prethodnom radu, Hensenova grupa u TU/e dokazala je da dispergovanje plemenitog metala u obliku pojedinačnih atoma dovodi ne samo do smanjenja upotrebe materijala, već pod određenim uslovima, katalizator takođe funkcioniše efikasnije.
U Ph.D. istraživački projekat glavnog autora Valerija Muraveva, istraživači su svoju pažnju preusmerili sa plemenitog metala na materijal nosača ispod (cerije u ovom slučaju) kako bi dodatno poboljšali katalizatore. Oni su proizveli ceriju u različitim veličinama kristala i deponovali plemenite metale kao pojedinačne atome u istom koraku. Nakon toga, proučavali su koliko su ove kombinacije materijala uspele da vežu dodatni atom kiseonika za ugljen monoksid.
Ispostavilo se da mali kristali cerije veličine 4 nanometra značajno poboljšavaju performanse plemenitog metala paladijuma u uslovima hladnog starta u prisustvu viška ugljen monoksida. Ove poboljšane performanse mogu se objasniti većom reaktivnošću atoma kiseonika pri manjim veličinama kristala cerije. U konvencionalnijim uslovima, ispostavilo se da je 8 nanometara optimalna veličina kristala cerije koja je potrebna da bi se postigla visoka katalitička aktivnost na temperaturama ispod 100° Celzijusa.
Ovo istraživanje po prvi put pokazuje da se prilikom razvoja katalizatora isplati gledati ne samo na plemenite metale koji moraju da obave posao. U ovom slučaju, variranje veličine čestica koje deluju kao nosač za aktivne materijale nudi interesantnu novu mogućnost za dalje poboljšanje katalizatora i sa njima poboljšanje efikasnosti i specifičnosti hemijskih reakcija. Ovo je takođe važno za razvoj procesa kombinovanja ugljen-dioksida iz ambijentalnog vazduha sa zelenim vodonikom za proizvodnju goriva ili jedinjenja za proizvodnju održive plastike.
Zajedno sa britanskom kompanijom Johnson Matthei, koja proizvodi katalizatore za automobilsku industriju, istraživači će sada dalje istraživati kako da prevedu ovo otkriće u nove proizvode.
