Chaque atome de métal noble compte dans les catalyseurs d’échappement

Chaque atome de métal noble compte dans les catalyseurs d'échappement

Valérii Mouravev. Crédit : Université de technologie d’Eindhoven

La société moderne dépend fortement des transports. Les moteurs à combustion interne qui alimentent la plupart des véhicules émettent des polluants gazeux nocifs pour la santé humaine et l’environnement. L’élimination catalytique du monoxyde de carbone (CO) toxique des gaz d’échappement est généralement effectuée avec des métaux nobles coûteux, l’un des composants clés des convertisseurs catalytiques automobiles. Pour son doctorat. recherche, Valerii Muravev a exploré les moyens d’améliorer l’efficacité des catalyseurs coûteux en optimisant l’utilisation des métaux nobles dans les convertisseurs. Muravev a reçu son doctorat. cum laude le 26 novembre.

Les métaux nobles, tels que le platine (Pt), le palladium (Pd) ou le rhodium (Rh), déposés à la surface de l’oxyde de cérium ou de cérium (CeO2) sont largement utilisés dans l’industrie automobile comme catalyseurs pour l’élimination des gaz nocifs des gaz d’échappement des voitures.

Les métaux nobles coûteux sont dispersés à la surface de l’oxyde de cérium sous forme de très petites nanoparticules où se déroulent les réactions catalytiques. Alors que ces nanoparticules sont distribuées dans le but d’augmenter le rapport surface/volume, la couche se compose généralement de quelques milliers d’atomes.

Problèmes catalytiques

Cette approche de dispersion avec les métaux nobles conduit cependant à un certain nombre de problèmes critiques. Premièrement, les nanoparticules métalliques ont tendance à s’agglomérer en particules plus grosses pendant les conditions de réaction catalytique, ce qui diminue leur efficacité dans le processus de conversion.

Deuxièmement, le frittage des nanoparticules entraîne une perte de surface active du métal et une désactivation du catalyseur. Cela signifie qu’il est hautement souhaitable de développer des catalyseurs où chaque atome de métal noble peut participer au processus de conversion chimique sans être désactivé.

Un autre problème avec les catalyseurs actuels est leur activité limitée à des températures inférieures à 150 degrés Celsius. Cela signifie que des gaz toxiques n’ayant pas réagi tels que le CO peuvent être émis dans l’air ambiant si la température du catalyseur n’est pas suffisamment élevée pour que le processus d’oxydation ait lieu. Ce problème dit de démarrage à froid est souvent rencontré dans les voitures hybrides, où des cycles de démarrage-arrêt fréquents du moteur conduisent à un échauffement insuffisant du catalyseur.

Palladium espère

Pour son doctorat. recherche, Valerii Muravev s’est concentré sur le développement de catalyseurs à base de cérium à base de métal noble, avec des entités métalliques actives aussi petites que des atomes simples. Il a découvert que lorsque le platine (Pt) est dispersé atomiquement sur un support en cérium, l’activité d’oxydation du CO à basse température est inférieure à celle des nanoparticules de Pt déposées sur le même matériau.

Au contraire, les atomes simples de palladium (Pd) présentent une activité élevée à basse température et peuvent déjà oxyder le CO à température ambiante. Malheureusement, à la surface des supports commerciaux d’oxyde de cérium, les atomes de Pd isolés ne sont pas stables et ils peuvent se fritter en nanoparticules, perdant ainsi leur activité.

L’une des découvertes les plus importantes de la recherche de Muravev concerne la stabilisation des atomes de Pd à la surface de l’oxyde de cérium/cérium nanométrique. Muravev a découvert qu’en diminuant la taille des particules de support, le Pd dispersé de manière atomique peut être stabilisé.

De plus, en utilisant des méthodes de synthèse de pyrolyse par pulvérisation à la flamme pertinentes sur le plan industriel, il a pu identifier la taille optimale des particules pour le support de cérium afin de maximiser l’activité à basse température dans l’oxydation du CO du Pd-CeO.2 catalyseurs.

Cette découverte selon laquelle la taille du support d’oxyde de cérium peut influencer de manière significative la stabilité et l’activité des atomes de métal noble ancrés à sa surface étend la boîte à outils pour la conception de convertisseurs catalytiques améliorés et plus efficaces pour l’industrie automobile.


Un nouveau processus décompose le métal en vrac en atomes pour une production de catalyseur durable


Plus d’information:
Vers une compréhension de la réactivité catalytique des interfaces métal-cérine. research.tue.nl/en/publication … y-of-metal-ceria-int

Fourni par l’Université de technologie d’Eindhoven

Citation: Chaque atome de métal noble compte dans les catalyseurs d’échappement (2021, 30 novembre) récupéré le 30 novembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-11-noble-metal-atom-exhaust-catalysts.html

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