La réduction des émissions polluantes des véhicules et le respect de normes plus strictes en matière de gaz d'échappement sont des défis majeurs lors du développement de convertisseurs catalytiques. Un nouveau concept pourrait aider à traiter efficacement les gaz d'échappement après le démarrage à froid des moteurs et dans la circulation urbaine et à réduire la consommation de métaux nobles coûteux. Il est basé sur l'interaction entre le platine et le support d'oxyde de cérium pour contrôler l'activité catalytique par des changements à court terme du mode de fonctionnement du moteur, les chercheurs rapportent dans la revue Angewandte Chemie .

Grâce à ses bonnes propriétés catalytiques, le platine est souvent appliqué dans les convertisseurs catalytiques des véhicules. Présentement, environ 60 % du commerce européen du platine sont utilisés à cette fin. À l'aide d'un catalyseur d'oxydation diesel (DOC), dans lequel a lieu la postcombustion des hydrocarbures et du monoxyde de carbone, les scientifiques du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) et leurs partenaires ont découvert que la taille des particules et l'état d'oxydation du composant de platine pendant le fonctionnement peuvent être modifiés spécifiquement. Les interactions entre le matériau support et le métal noble appliqué jouent un rôle important. Les résultats reflètent une surface de convertisseur catalytique hautement dynamique qui réagit de manière extrêmement sensible aux impacts externes, comme la composition des gaz d'échappement. Les chercheurs présentent des façons d'utiliser cette dynamique pour améliorer les convertisseurs catalytiques.

"La particularité est que nous pouvons ajuster la taille et l'état des nanoparticules de métaux nobles à la surface du pot catalytique. Les méthodes nous permettent de le faire dans des conditions de fonctionnement pertinentes et même réelles et, Par conséquent, d'ajuster directement l'activité catalytique des matériaux, " dit Andreas Gänzler, scientifique du KIT's Institute for Chemical Technology and Polymer Chemistry (ITCP) et auteur principal de l'étude "Tuning the Structure of Platinum Particles on Ceria In Situ for Enhancing the Catalytic Performance of Exhaust Gas Catalysts" publiée dans le dernier numéro de la revue Angewandte Chemie (Chimie appliquée). Dans leur étude, les chercheurs ont démontré avec quelle sensibilité l'état du platine réagit à la composition, c'est-à-dire le rapport du monoxyde de carbone et de l'oxygène, et la température des gaz d'échappement. Le fonctionnement du moteur est déjà modifié spécifiquement dans les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement utilisés aujourd'hui. De cette façon, la composition des gaz d'échappement est ajustée pour la régénération des filtres à particules ou des convertisseurs catalytiques à stockage de NOx. L'étude révèle qu'il est également possible de régler de manière optimale le composant de platine actif afin d'améliorer l'activité du pot catalytique et de réduire la consommation de métal noble.

Dans le cadre du projet de coopération franco-allemande, des méthodes complexes ont été utilisées pour observer les matériaux dans les conditions de fonctionnement. Au moyen de la microscopie électronique à transmission environnementale (ETEM), des modifications structurelles au niveau atomique du matériau ont été visualisées. La spectroscopie d'absorption des rayons X au synchrotron SOLEIL à Saint-Aubin et à l'accélérateur de recherche KARA Karlsruhe du KIT a été appliquée pour étudier les processus dans des conditions de gaz d'échappement réalistes. « Sur la base de ces observations de matériaux de convertisseurs catalytiques dans des conditions réelles, les résultats peuvent être transférés beaucoup plus rapidement à l'application, " fait remarquer Gänzler.

A l'aide des découvertes obtenues, l'activité catalytique des convertisseurs catalytiques à oxydation diesel peut être améliorée à basse température. De leurs observations, les scientifiques ont dérivé un concept de base prometteur pour ajuster spécifiquement la taille et la structure des particules de platine en fonction de l'activité catalytique requise pendant le fonctionnement. Le concept peut être utilisé entre autres pour améliorer considérablement les performances catalytiques après le démarrage à froid des moteurs à combustion et lors de la conduite en circulation urbaine. "La structure des nanoparticules de métaux nobles peut être influencée par des modifications à court terme du mode de fonctionnement du moteur, par exemple, " dit Gänzler.

Sur la base des constatations, les nouveaux types actuels et futurs de pots catalytiques peuvent être améliorés et leur efficacité économique peut être augmentée, car la concentration en métal noble peut être réduite jusqu'à 50 %. L'étude qui est considérée comme "l'un des grands points forts de la recherche sur les convertisseurs catalytiques" par le professeur Jan-Dierk Grunwaldt de l'ITCP rencontre un grand intérêt chez les experts. Elle a été réalisée dans le cadre du projet "ORCA - Oxydation/Reduction Catalytic Converter for Diesel Vehicles of the Next Generation" qui fait partie de la collaboration de recherche franco-allemande Deufrako. Le projet est financé à hauteur de 960 euros, 000 par le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie. En plus de KIT, l'Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), TU Darmstadt, la société Solvay, et Umicore AG &Co. KG, une entreprise de technologie des matériaux et de recyclage à Hanau, participer au projet de collaboration.