Chercheurs de l'Université d'État de Washington, Université du Nouveau-Mexique, Université de technologie d'Eindhoven, et le Pacific Northwest National Laboratory ont mis au point un catalyseur qui peut à la fois résister à des températures élevées et convertir les polluants à une température proche de la température ambiante, une avancée importante pour réduire la pollution dans les voitures modernes.

Ils rendent compte de leurs travaux dans la revue, Communication Nature .

Les convertisseurs catalytiques sont utilisés aux États-Unis depuis les années 1970 comme moyen de nettoyer les polluants des gaz d'échappement des véhicules. Dans le processus catalytique, métaux rares, comme le platine, sont utilisés dans une réaction chimique pour convertir le monoxyde de carbone et d'autres polluants en dioxyde de carbone non toxique, azote, et de l'eau.

Comme les voitures sont devenues plus économes en carburant, cependant, ils consomment moins d'énergie et la température des gaz d'échappement est plus basse, ce qui rend plus difficile le nettoyage des polluants. En réalité, le département américain de l'Énergie s'est fixé pour objectif d'éliminer 90 % des émissions nocives à 150 degrés Celsius ou moins.

Les catalyseurs doivent fonctionner à basse température mais doivent également survivre dans les conditions difficiles rencontrées pendant le fonctionnement.

"Le problème des catalyseurs s'est paradoxalement accru à mesure que les voitures sont devenues meilleures et plus efficaces, " a déclaré Emiel Hensen, professeur de catalyse à l'Université de technologie d'Eindhoven.

Pendant ce temps, l'industrie est également aux prises avec le coût élevé des métaux précieux nécessaires à la catalyse. Platine, par exemple, facilite les réactions chimiques pour de nombreux produits et procédés couramment utilisés, mais coûte plus de 800 $ l'once.

Le catalyseur que les chercheurs ont développé est basé sur l'activation d'atomes uniques de platine supportés sur de l'oxyde de cérium. Alors que leur catalyseur surpasse la technologie actuelle, il réduit également la quantité de platine requise, ce qui réduirait les coûts globaux.

"L'industrie veut utiliser chaque atome des métaux précieux, c'est pourquoi la catalyse à un seul atome a attiré une attention accrue, " dit Abhaya Datye, professeur distingué au Département de génie chimique et biologique de l'UNM.

Dans leur dernier ouvrage, les chercheurs se sont d'abord assurés que leurs catalyseurs étaient thermiquement stables, piégeage des ions platine sur un support d'oxyde de cérium à très haute température. Leur méthode de synthèse a amené les atomes de platine à se lier fortement à leur support. Ils ont ensuite activé le catalyseur dans du monoxyde de carbone à environ 275 degrés Celsius.

"À notre surprise, nous avons découvert que la synthèse à haute température rendait la cérine plus facilement réductible, lui permettant de fournir un ingrédient clé, l'oxygène, aux sites actifs, " dit Yong Wang, Voiland Distinguished Professor à la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering de la WSU.

L'oxygène activé a ensuite été capable d'éliminer les polluants à une température proche de la pièce sur les sites de platine.

"Cette recherche aborde directement le défi des 150 degrés identifié par le département américain de l'Énergie et par les constructeurs automobiles, " a déclaré Wang. " La découverte de l'activation de l'oxygène à près de la température ambiante est extrêmement utile, et cette découverte pourrait avoir un impact significatif sur la technologie de contrôle des émissions d'échappement."

Les chercheurs prévoient maintenant d'étudier les performances des catalyseurs à un seul atome avec d'autres composés organiques et polluants. Le travail a été financé par le Bureau des sciences fondamentales de l'énergie du Département de l'énergie des États-Unis et le Centre de recherche des Pays-Bas pour la conversion d'énergie catalytique à plusieurs échelles.