p Sua viagem pode ser modesta, mas se queimar gasolina, você tem metais preciosos a bordo. Para reduzir a poluição no tubo de escape, carros e caminhões a gasolina hoje vêm equipados com conversores catalíticos que contêm metais do grupo da platina, como ródio e paládio. p A demanda por esses metais está aumentando à medida que países ao redor do mundo buscam reduzir as emissões dos veículos que aceleram as mudanças climáticas e pioram a qualidade do ar. Dado que uma única onça de ródio agora custa mais de US $ 20, 000, não é coincidência que nos Estados Unidos, os roubos de conversores catalíticos estão aumentando.

p Uma descoberta feita por cientistas do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) e da Washington State University pode ajudar a reduzir a quantidade de metais caros necessários para tratar o escapamento dos veículos, aproveitando ao máximo cada átomo precioso. Em um estudo publicado na revista Angewandte Chemie International Edition, os pesquisadores demonstraram sucesso na redução das emissões de monóxido de carbono e óxido de nitrogênio usando pelo menos três vezes menos ródio em comparação com um catalisador típico.

p "O que relatamos aqui é contraditório com a sabedoria convencional de que você precisa de átomos de ródio adjacentes uns aos outros, na forma de uma nanopartícula, para fazer esta química, "disse Yong Wang, um professor de engenharia química na Washington State University que tem um cargo conjunto no PNNL. "Descobrimos que um único átomo de ródio pode fazer um trabalho ainda melhor de conversão de poluentes do que uma nanopartícula de ródio."

p Convertendo o convencional

p O trabalho no PNNL se refere a catalisadores de três vias, nomeado por sua capacidade de reduzir o monóxido de carbono, óxido de nitrogênio, e hidrocarbonetos como metano. O óxido de nitrogênio é um de um conjunto de poluentes conhecido como NO _x , componentes da poluição atmosférica que também contribuem indiretamente para o aquecimento atmosférico. O monóxido de carbono em altas concentrações é tóxico para os humanos. Dentro do conversor catalítico de um veículo, esses catalisadores interceptam e desmontam esses compostos químicos antes que eles atinjam o tubo de escape. Um catalisador de três vias irá converter NO _x em nitrogênio e monóxido de carbono e hidrocarbonetos em dióxido de carbono.

p Os sistemas de pós-tratamento baseados em tais catalisadores têm sido usados ​​há décadas com motores de combustão interna. Mas, além da disparada dos preços de metais preciosos para construir esses sistemas, outro problema ameaça diminuir sua eficácia. À medida que os veículos se tornam mais eficientes em termos de combustível, o escapamento não está tão quente. Esse é um problema para os catalisadores convencionais que foram projetados para trabalhar nas altas temperaturas dos motores mais antigos - eles simplesmente não funcionam tão bem em temperaturas mais baixas.

p O Departamento de Energia dos EUA (DOE) fez parceria com fabricantes automotivos nacionais para enfrentar o desafio de projetar materiais que possam converter 90% das emissões do tubo de escape a 150 graus Celsius (302 ° F), que é considerada "baixa temperatura" no mundo do controle de emissões. Esses materiais também devem ser estáveis ​​o suficiente para suportar quilômetros e quilômetros de viagem.

p Isolando átomos para maior reatividade e estabilidade

p O estudo PNNL se baseou em trabalhos anteriores de Wang e colegas, onde eles "aprisionaram" átomos individuais de platina em um suporte de dióxido de cério, ou ceria - um pó frequentemente usado em cerâmica - aquecendo a combinação a 800 graus Celsius (1, 472 ° F). Em temperaturas tão altas, átomos de metal flutuantes começarão a se unir, reduzindo seus poderes catalíticos. Mas neste estudo, os átomos de platina tornaram-se fixos ao suporte de céria, e não uns aos outros. Esses átomos isolados reagiram com as substâncias-alvo de maneira mais eficaz do que se eles se aglomerassem.

p O estudo mais recente adotou a mesma abordagem de captura de átomos com o ródio. Catalisadores com apenas 0,1 por cento em peso de ródio atomicamente disperso sob as condições do modelo atenderam ao desafio DOE 150 graus Celsius, convertendo 100% do óxido de nitrogênio em temperaturas tão baixas quanto 120 graus Celsius.

p "Enterrado na literatura científica, há relatos da década de 1970 mostrando que átomos de ródio isolados poderiam realizar essa reação, mas esses experimentos foram feitos em soluções, e os átomos de ródio eram hidrotermicamente instáveis, "disse Konstantin Khivantsev e Janos Szanyi, Pesquisadores do PNNL que conduziram o estudo com Wang. "O que nos inspirou foi essa nova abordagem para fazer a captura de átomos em altas temperaturas. Com isso, pudemos mostrar pela primeira vez que átomos de ródio individuais podem ser cataliticamente ativos e estáveis. "

p Os pesquisadores realizaram experimentos para o estudo no Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais (EMSL), uma instalação de usuário científico nacional patrocinada pelo programa de Pesquisa Biológica e Ambiental do DOE. Eles usaram vários tipos de imagens de alta resolução, incluindo espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão, e espectroscopia de raios-X dispersiva de energia, para verificar se os átomos de ródio foram dispersos individualmente e reagindo efetivamente com monóxido de carbono e óxido de nitrogênio.

p Khivantsev, Szanyi, e Wang disse que suas descobertas abrem um caminho para tornar o custo-benefício, estábulo, e catalisadores de baixa temperatura que usam o ródio com muito mais eficiência do que os atuais. Os cientistas também estão interessados ​​em estender o método a outros metais catalíticos mais baratos, como paládio e rutênio.