Les pots catalytiques purifient l'air de ce genre de fumée nocive, au moins s'ils sont encore en bon état et jusqu'à la température de fonctionnement. (COMMON WIKIMEDIA)
(PhysOrg.com) -- Le contrôle des propriétés des matériaux réduirait la quantité de platine nécessaire.
Les sous-produits toxiques créés lorsque le moteur d'une voiture brûle du carburant sont canalisés dans le convertisseur catalytique, où les réactions chimiques les transforment en substances beaucoup moins toxiques comme l'eau et le dioxyde de carbone.
Le catalyseur qui abaisse l'énergie d'activation de ces réactions chimiques afin qu'elles puissent avoir lieu à des températures et des vitesses raisonnables est généralement le platine, l'un des métaux les plus rares et les plus précieux au monde. Parce que le platine est si cher, les constructeurs automobiles veulent en utiliser le moins possible, et de l'utiliser le plus efficacement possible.
Pour maximiser sa surface spécifique (surface massique) et donc son activité chimique, les fabricants enduisent un support en céramique de petites particules de platine. Mais quand le convertisseur devient chaud, les agrégats de platine, formant de gros touffes qui ne peuvent pas effectuer les réactions de détoxification aussi efficacement. Pour compenser la perte d'efficacité, les convertisseurs doivent contenir plus de platine, un métal rare et indispensable pour d'autres applications d'énergie propre, comme les piles à combustible.
Un système catalytique modèle, décrit en ligne cette semaine du Journal Angewantde Chemie International Edition de la Société chimique allemande, empêche le platine de s'agréger, de sorte qu'il en faut moins pour chaque convertisseur.
Le système a été conçu par une équipe de scientifiques dont Younan Xia, Doctorat, le professeur James M. McKelvey de génie biomédical à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université Washington à St. Louis. L'équipe comprend également Charles T. Camvell, Doctorat, le Lloyd E. et Florence M. West professeur de chimie à l'Université de Washington à Seattle et Paul T. Fanson, Doctorat, un chimiste chez ToyotaToyota Motor Engineering &Manufacturing North America à Ann Arbor.
Le développement clé consiste à enrober les nanoparticules de platine d'une couche de silice poreuse. En raison de sa faible interaction avec le platine, le revêtement de silice constitue une barrière énergétique qui maintient le platine en place même à très haute température, prévenir l'agrégation et maintenir l'activité catalytique.
La première étape de la fabrication du nouveau système consiste à charger des nanofibres de dioxyde de titane avec des nanoparticules de platine. Ce support rend le catalyseur au platine plus actif en fournissant des électrons supplémentaires pour certaines des réactions de détoxification. Les fibres chargées sont ensuite enduites de silice contenant un agent porogène organique, qui a ensuite été retiré par chauffage à 350 degrés C pour créer des gaines poreuses.
La nouvelle conception charge des nanoparticules de platine sur des nanofirbers, puis enrobe les nanoparticules de silice et d'un composé organique générateur de pores qui peut être éliminé par un chauffage doux. La gaine poreuse permet aux gaz d'atteindre le platine, mais empêche les particules de s'agréger. (YOUNAN XIA/WUSTL)
« Il est très difficile de rendre ce type de revêtement suffisamment fin et poreux pour ne pas vraiment affecter l'activité du catalyseur au platine. C'est donc une évolution majeure, " dit Xia.
Des expériences ont ensuite montré que le platine recouvert de silice maintenait sa capacité catalytique à des températures beaucoup plus élevées que le platine non recouvert, qui a commencé à s'agréger à des températures aussi basses que 350 degrés C.
Yunqian Dai, l'auteur principal de l'article et un étudiant diplômé chinois invité, affirme que ce développement "améliorera considérablement la thermostabilité" des catalyseurs au platine, bien qu'il ne soit pas encore clair si cela conduira à de nouvelles conceptions de convertisseurs catalytiques.
"Il semble que nous puissions les faire fonctionner jusqu'à 750 degrés sans aucune agglomération significative, ", dit Xia. "La température typique d'un convertisseur catalytique est d'environ 550, donc dans ce sens, il devrait pouvoir durer plus longtemps.
Ensuite pour le thé de Xia, est d'étudier des systèmes catalytiques de compositions différentes, tels que l'oxyde d'aluminium plutôt que le revêtement de silice.
Le platine est si cher, Xia dit, les convertisseurs sont parfois volés et il est économique de recycler les anciens pour récupérer le métal précieux. Le but de ses recherches, cependant, est d'utiliser beaucoup moins de platine, les voitures coûtent donc moins cher et plus de métal est disponible pour d'autres usages.
