blog

Aug 06, 2023

Pesquisadores da UCF trabalham para reduzir a quantidade de metais preciosos em conversores catalíticos

Os metais preciosos, como platina, paládio e ródio, em catalisadores

Os metais preciosos, como platina, paládio e ródio, em conversores catalíticos tornam os dispositivos de veículos atraentes para ladrões, mas os pesquisadores da Universidade da Flórida Central estão trabalhando para reduzir a quantidade de metais preciosos necessários neles - até átomos individuais - enquanto ainda maximizam sua eficácia.

Os conversores catalíticos, que foram amplamente introduzidos nos veículos americanos na década de 1970, usam metais preciosos como catalisadores para ajudar a remover produtos químicos nocivos e mortais do escapamento do motor de combustão. Como o preço dos metais preciosos continuou a subir, também aumentou o número de roubos de conversores catalíticos.

Em estudos recentes publicados na Nature Communications e no Journal of the American Chemical Society, os pesquisadores da UCF mostraram que poderiam, respectivamente, usar platina atômica para controlar poluentes e operar o sistema em temperaturas mais baixas, o que é crucial para remover produtos químicos nocivos quando um veículo começa.

Ajuste fino da localização do átomo de platina

No estudo da Nature Communications, as equipes de pesquisa da UCF lideradas por Fudong Liu, professor assistente do Departamento de Engenharia Civil, Ambiental e de Construção, e Talat Rahman, distinto professor da Pegasus no Departamento de Física, construíram com sucesso átomos individuais de platina com diferentes ambientes de coordenação atômica em locais específicos em ceria. Ceria é um óxido de metal que ajuda a melhorar o desempenho da reação catalítica.

Liu e Rahman também são afiliados ao Grupo de Catálise para Energia Renovável e Transformações Químicas (REACT).

Os átomos de platina exibiram comportamentos notavelmente distintos em reações catalíticas, como oxidação de monóxido de carbono e oxidação de amônia em um sistema de pós-tratamento de exaustão de motor a diesel, dizem os pesquisadores.

A oxidação converte monóxido de carbono mortal em dióxido de carbono e amônia prejudicial em moléculas de nitrogênio e água.

Seus resultados sugerem que o desempenho catalítico de catalisadores de átomo único em reações direcionadas pode ser maximizado pela otimização de suas estruturas de coordenação local por meio de estratégias simples e de escala industrial, diz Liu.

"Ao combinar cálculos de estrutura eletrônica com experimentos de ponta, as equipes de Liu e Rahman fizeram um avanço que pode beneficiar significativamente a comunidade de catálise heterogênea ao projetar catalisadores de átomo único altamente eficientes para necessidades ambientais e relacionadas à energia", Liu diz.

"Desenvolvemos com sucesso uma estratégia fácil para ajustar seletivamente o ambiente de coordenação local de átomos individuais de platina para alcançar um desempenho catalítico satisfatório em diferentes reações-alvo, o que levará a compreensão da catálise de átomo único um passo significativo", diz ele.

Rahman diz que seu trabalho colaborativo demonstra como teoria e experimentos trabalhando em conjunto podem revelar mecanismos microscópicos responsáveis ​​por aumentar a atividade catalítica e a seletividade.

Catalisador Eficiente de Oxidação de Monóxido de Carbono

No estudo do Journal of the American Chemical Society, Liu e colaboradores da Virginia Tech e da Universidade de Tecnologia de Pequim melhoraram significativamente a eficiência de purificação de monóxido de carbono de um catalisador de platina-céria-alumina em 3,5 a 70 vezes em comparação com os catalisadores de platina usados ​​regularmente.

Eles fizeram isso através do controle preciso das estruturas de coordenação da platina no nível atômico em um suporte de ceria-alumina disponível industrialmente.

"A estrutura local do sítio ativo dentro de um catalisador determina seu desempenho catalítico", diz Liu. "No entanto, o controle preciso da estrutura de coordenação local de sítios ativos e a elucidação das relações intrínsecas de estrutura-desempenho são grandes desafios no campo da catálise heterogênea."

"Trabalhamos para controlar a estrutura de coordenação local de sítios metálicos em nível atômico, desenvolver um catalisador altamente eficiente em reações relacionadas à purificação ambiental e revelar a relação estrutura-desempenho dos catalisadores recém-fabricados para orientar o futuro projeto de catalisadores", disse ele. diz.