A redução da emissão de poluentes de veículos e o cumprimento de padrões mais rígidos de gases de escapamento são os principais desafios no desenvolvimento de conversores catalíticos. Um novo conceito pode ajudar a tratar com eficiência os gases de escape após a partida a frio dos motores e no tráfego urbano e a reduzir o consumo de metais nobres caros. É baseado na interação entre a platina e o transportador de óxido de cério para controlar a atividade catalítica por mudanças de curto prazo no modo de operação do motor, relatório de pesquisadores no jornal Angewandte Chemie .

Graças às suas boas propriedades catalíticas, a platina é freqüentemente aplicada em conversores catalíticos de veículos. Atualmente, cerca de 60% do comércio europeu de platina são usados ​​para este fim. Usando um conversor catalítico de oxidação de diesel (DOC), em que ocorre a pós-combustão de hidrocarbonetos e monóxido de carbono, os cientistas do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e seus parceiros descobriram que o tamanho da partícula e o estado de oxidação do componente de platina durante a operação podem ser modificados especificamente. As interações entre o material portador e o metal nobre aplicado desempenham um papel importante. Os resultados refletem uma superfície de conversor catalítico altamente dinâmica que reage de forma extremamente sensível a impactos externos, como a composição dos gases de escape. Os pesquisadores apresentam maneiras de usar essa dinâmica para melhorar os conversores catalíticos.

"O especial é que podemos ajustar o tamanho e o estado das nanopartículas de metal nobre na superfície do conversor catalítico. Os métodos nos permitem fazer isso em condições de operação relevantes e até reais e, portanto, para ajustar diretamente a atividade catalítica dos materiais, "diz Andreas Gänzler, cientista do Instituto de Tecnologia Química e Química de Polímeros (ITCP) do KIT e principal autor do estudo "Ajustando a Estrutura de Partículas de Platina em Ceria In Situ para Melhorar o Desempenho Catalítico de Catalisadores de Gás de Escape" publicado na última edição da revista Angewandte Chemie (Química Aplicada). Em seu estudo, os pesquisadores demonstraram com que sensibilidade o estado da platina reage à composição, ou seja, a razão de monóxido de carbono e oxigênio, e a temperatura dos gases de escape. O funcionamento do motor já foi modificado especificamente nos sistemas de pós-tratamento dos gases de escape usados ​​atualmente. Desta maneira, a composição dos gases de escape é ajustada para a regeneração de filtros de partículas ou conversores catalíticos de armazenamento de NOx. O estudo revela que também é possível definir de forma otimizada o componente ativo de platina, a fim de aumentar a atividade do conversor catalítico e reduzir o consumo de metal nobre.

No curso do projeto de cooperação franco-alemã, métodos complexos foram usados ​​para observar os materiais sob as condições de operação. Por meio de microscopia eletrônica de transmissão ambiental (ETEM), modificações estruturais no nível atômico do material foram visualizadas. A espectroscopia de absorção de raios-X no síncrotron SOLEIL em St. Aubin francês e no KARA Karlsruhe Research Accelerator do KIT foi aplicada para estudar os processos sob condições realistas de gases de exaustão. "Com base nessas observações de materiais do conversor catalítico em condições reais, as descobertas podem ser transferidas muito mais rapidamente para o aplicativo, "Gänzler aponta.

Com a ajuda das descobertas obtidas, a atividade catalítica dos conversores catalíticos de oxidação do diesel pode ser aumentada em baixa temperatura. A partir de suas observações, os cientistas desenvolveram um conceito básico promissor para ajustar especificamente o tamanho e a estrutura das partículas de platina em função da atividade catalítica necessária durante a operação. O conceito pode ser usado, entre outros, para melhorar significativamente o desempenho catalítico após a partida a frio dos motores de combustão e ao dirigir no tráfego urbano. "A estrutura das nanopartículas de metal nobre pode ser influenciada por modificações de curto prazo do modo de operação do motor, por exemplo, "Gänzler diz.

Com base nas descobertas, novos tipos atuais e futuros de conversores catalíticos podem ser melhorados e sua eficiência econômica pode ser aumentada, já que a concentração de metais nobres pode ser reduzida em até 50%. O estudo que é considerado "um dos grandes destaques na pesquisa de conversores catalíticos" pelo professor Jan-Dierk Grunwaldt, do ITCP, desperta grande interesse de especialistas. Foi realizado no âmbito do projeto "ORCA - Conversor Catalítico de Oxidação / Redução para Veículos Diesel de Próxima Geração" que faz parte da colaboração de pesquisa franco-alemã Deufrako. O projeto é financiado com EUR 960, 000 pelo Ministério Federal da Economia e Energia. Além do KIT, o Institut de Recherches sur la Catalyze et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), TU Darmstadt, a empresa Solvay, e Umicore AG &Co. KG, uma empresa de tecnologia de materiais e reciclagem em Hanau, participar do projeto de colaboração.