La pollution de l'air due à la combustion de carburant est l'un des plus grands problèmes environnementaux, surtout en milieu urbain. Dans les villes densément peuplées, la présence d'oxydes d'azote, très petites particules de carbone, et le monoxyde de carbone (CO) dans l'air nuit gravement à la santé humaine et augmente la mortalité. Une collaboration entre des chercheurs de l'Université de Barcelone et de l'Institut de catalyse Boreskov de l'Académie des sciences de Russie à Novossibirsk (Russie) ouvre la voie à la réduction des émissions de polluants automobiles. Dans une étude récente, les scientifiques présentent des principes de conception et des synthèses de catalyseurs pour transformer les molécules toxiques dans l'air à des températures inférieures à 0 °C.

La plupart des polluants nocifs générés par les moteurs à combustion des automobiles sont éliminés dans les gaz d'échappement des voitures grâce à des interactions avec des convertisseurs catalytiques sophistiqués. En particulier, les catalyseurs d'échappement automobiles dits à trois voies transforment les oxydes d'azote nocifs, monoxyde de carbone, et des hydrocarbures en azote moléculaire inoffensif, l'eau, et le dioxyde de carbone.

Cependant, l'un des défis restants est les émissions de démarrage à froid générées par les véhicules pendant les premières minutes après l'allumage jusqu'à ce que le moteur devienne suffisamment chaud pour que le catalyseur commence à fonctionner. "En réalité, la plupart des émissions nocives au cours d'un trajet moyen proviennent de ces émissions de démarrage à froid, " note Konstantin Neyman, Professeur ICREA à l'Institut de chimie théorique et computationnelle de l'Université de Barcelone (IQTCUB). « Le développement de catalyseurs fonctionnant efficacement à basse température est donc un domaine de recherche très actif, " il ajoute.

Dans ce contexte, chercheurs du groupe dirigé par le professeur Andrei Boronin, de l'Institut de catalyse Boreskov (Novosibirsk, Russie), ont étudié les propriétés catalytiques de matériaux complexes à base de combinaisons de métaux et d'oxydes. L'équipe sibérienne s'est concentrée sur l'efficacité à basse température des catalyseurs synthétisés et a identifié une combinaison particulière capable de commencer à convertir le CO à -50 degrés C.

Cette efficacité à basse température a été obtenue en dispersant finement du platine, un métal catalytiquement actif utilisé dans de nombreuses applications, sur le dioxyde de cérium nanostructuré. « La clé de la performance de ces matériaux très actifs est la synergie entre le support oxyde et le platine oxydé bien réparti. Nous pouvons identifier ces composants grâce à des techniques spectroscopiques, mais caractériser leur rôle spécifique nécessite des modèles de calcul dédiés, " déclare le professeur Boronine.

C'est précisément là qu'intervient le travail de modélisation théorique mené dans le groupe dirigé par Konstantin Neyman. Albert Bruix, un chercheur Beatriu de Pinós dans ce groupe, dit, « Au moyen de calculs de mécanique quantique utilisant des ordinateurs à hautes performances, nous pouvons modéliser ces matériaux fascinants et déchiffrer le rôle de chaque composant dans les performances catalytiques exceptionnelles mesurées expérimentalement."

L'étude, Publié dans Catalyse appliquée B :Environnement , est une étape importante dans le développement de matériaux catalytiques pour le traitement oxydant à basse température des polluants atmosphériques. Cependant, Le professeur Boronine dit, "La quantité de platine utilisée dans ces catalyseurs est assez importante, et son coût entrave les applications commercialement viables. "Notre travail actuel se concentre donc sur l'obtention d'une performance tout aussi élevée à des charges de métaux précieux fortement diminuées."

L'impact sociétal du développement de tels catalyseurs ne se limite pas aux émissions automobiles :« Ces matériaux peuvent également être utilisés pour le traitement oxydant des polluants produits par des sources fixes telles que les centrales électriques à combustibles fossiles, " conclut Konstantin Neyman.