Le professeur Hyunjoo Lee et le doctorant Hojin Jeong. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Une équipe de recherche KAIST a développé un catalyseur d'ensemble Rh entièrement dispersé (ENS) qui présente de meilleures performances que le catalyseur d'oxydation diesel commercial (DOC). Ces ENS nouvellement développés pourraient améliorer le traitement des gaz d'échappement des automobiles à basse température.
Les métaux précieux ont été utilisés pour diverses réactions hétérogènes, mais il est crucial de maximiser l'efficacité des catalyseurs en raison de leur coût élevé. Les catalyseurs à un seul atome (SAC) ont reçu beaucoup d'attention car il est possible que tous les atomes métalliques soient utilisés pour les réactions, pourtant, ils ne montrent pas d'activité catalytique pour les réactions qui nécessitent des sites d'ensemble.
Pendant ce temps, hydrocarbures, tels que le propylène (C3H6) et le propane (C3H8) sont des polluants typiques des gaz d'échappement des automobiles et doivent être convertis en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O) avant d'être libérés sous forme d'échappement. Étant donné que la réaction d'oxydation des hydrocarbures ne se déroule que pendant le clivage de la liaison carbone-carbone (C-C) ou carbone-hydrogène (C-H), il est essentiel de sécuriser le site de l'ensemble métallique pour la réaction catalytique. Par conséquent, des catalyseurs de métaux précieux avec une dispersion élevée et des sites d'ensemble sont grandement nécessaires.
Pour résoudre ce problème, Le professeur Hyunjoo Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire et le professeur Jeong Woo Han de POSTECH ont développé un catalyseur d'ensemble Rh avec une dispersion à 100 %, et l'a appliqué au post-traitement automobile. Avoir une dispersion à 100 % signifie que chaque atome de métal est utilisé pour la réaction puisqu'il est exposé à la surface.
Figure 1. Concept de catalyseur d'ensemble Rh pour le traitement des gaz d'échappement des automobiles. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Les SAC ont également une dispersion de 100 pour cent, mais la différence est que les ENS ont l'avantage unique d'avoir un site d'ensemble avec deux atomes ou plus.
À la suite de l'expérience, les ENS ont montré d'excellentes performances catalytiques en CO, NON, propylène, et l'oxydation du propane à basse température. Cela complète l'inconvénient des catalyseurs à nanoparticules (NP) qui effectuent mal la catalyse à basse température en raison de la faible dispersion des métaux, ou des SAC sans oxydation des hydrocarbures.
En particulier, les ENS ont une activité supérieure à basse température encore meilleure que le DOC commercial, par conséquent, ils devraient être appliqués au traitement des gaz d'échappement des automobiles.
Figure 2. Comparaison de la structure et des performances d'un catalyseur à un seul atome et d'un catalyseur d'ensemble. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Le professeur Lee a dit, "Je crois que les ENS ont apporté une contribution académique pour proposer un nouveau concept de catalyseurs métalliques, se différencier des SAC et NP conventionnels. À la fois, ils sont d'une grande valeur dans l'industrie des catalyseurs de traitement des gaz d'échappement."
Cette recherche, dirigé par un doctorat candidat Hojin Jeong, a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society le 5 juillet.
Figure 3. Images de cartographie de spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS) pour SAC, ENS, et NP, respectivement (vert, Euh ; rouge, Ce). Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
