Untersuchungen deuten darauf hin, dass mit einem kalten Katalysator sauberere Luft möglich sein könnte

Der sogenannte Drei-Wege-Katalysator im Abgassystem eines Autos besteht aus teuren Materialien und funktioniert nur dann ordnungsgemäß, wenn die Abgase eine Temperatur von mehreren hundert Grad Celsius haben.

Wenn Sie Ihr Auto starten oder wenn Sie ein Hybridauto fahren, bei dem der Benzinmotor und der Elektromotor abwechselnd den Antriebsstrang antreiben, enthalten die aus dem Auspuff austretenden Gase daher immer noch giftiges Kohlenmonoxid. In einem Artikel in der ZeitschriftWissenschaftWissenschaftler um Emiel Hensen zeigen nun, dass es durch Modifizierung des Trägermaterials des Katalysators möglich ist, giftiges Kohlenmonoxid bereits bei Raumtemperatur nahezu vollständig in Kohlendioxidgas umzuwandeln.

Edle Bedürfnisse

Automobilkatalysatoren werden durch Abscheiden von Edelmetallen wie Platin, Palladium und Rhodium auf einem Substrat aus dem Material Ceroxid, das auch als Ceroxid bekannt ist, hergestellt. Allerdings sind Edelmetalle sowohl selten als auch teuer. Forscher auf der ganzen Welt arbeiten daher an Methoden, um durch den Einsatz von weniger dieser Materialien die gleiche oder sogar eine bessere katalytische Aktivität zu erreichen.

Beispielsweise hat Hensens Gruppe an der TU/e ​​in einer früheren Arbeit nachgewiesen, dass die Verteilung des Edelmetalls in Form einzelner Atome nicht nur zu einer Reduzierung des Materialverbrauchs führt, sondern unter bestimmten Bedingungen auch dazu führt, dass der Katalysator effizienter funktioniert.

Neue Größenansicht

Im Ph.D. Im Forschungsprojekt des Hauptautors Valery Muravev richteten die Forscher ihre Aufmerksamkeit vom Edelmetall auf das darunter liegende Trägermaterial (in diesem Fall Ceroxid), um die Katalysatoren weiter zu verbessern. Sie stellten das Ceroxid in unterschiedlichen Kristallgrößen her und lagerten die Edelmetalle im selben Schritt als einzelne Atome ab. Anschließend untersuchten sie, wie gut es diesen Materialkombinationen gelang, ein zusätzliches Sauerstoffatom an Kohlenmonoxid zu binden.

Es stellte sich heraus, dass kleine Ceroxidkristalle mit einer Größe von 4 Nanometern die Leistung des Edelmetalls Palladium unter Kaltstartbedingungen in Gegenwart von überschüssigem Kohlenmonoxid deutlich verbesserten. Diese verbesserte Leistung könnte durch eine höhere Reaktivität der Sauerstoffatome bei kleineren Ceroxid-Kristallgrößen erklärt werden. Unter konventionelleren Bedingungen erwies sich 8 Nanometer als optimale Größe der Ceroxidkristalle, die erforderlich sind, um eine hohe katalytische Aktivität bei Temperaturen unter 100 °C zu erreichen.

Größere Bedeutung

Diese Forschung zeigt erstmals, dass es sich bei der Entwicklung von Katalysatoren lohnt, nicht nur auf die Edelmetalle zu achten, die die Arbeit verrichten müssen. In diesem Fall bietet die Variation der Größe der Partikel, die als Träger für die aktiven Materialien dienen, eine interessante neue Möglichkeit, Katalysatoren weiter zu verbessern und damit die Effizienz und Spezifität der chemischen Reaktionen zu verbessern. Dies ist auch von Bedeutung für die Entwicklung von Verfahren, um Kohlendioxid aus der Umgebungsluft mit grünem Wasserstoff zu Kraftstoffen oder Verbindungen zur Herstellung nachhaltiger Kunststoffe zu kombinieren.

Gemeinsam mit dem britischen Unternehmen Johnson Matthey, das Katalysatoren für die Automobilindustrie herstellt, werden die Forscher nun weiter erforschen, wie sich diese Erkenntnis in neue Produkte umsetzen lässt.