Un air plus propre avec un convertisseur catalytique froid


Bien que les convertisseurs catalytiques pour véhicules de tourisme soient obligatoires depuis plus de 30 ans, il reste encore beaucoup à faire. Par exemple, ils ne fonctionnent correctement que lorsque le moteur est suffisamment chaud, ce qui n’est pas toujours le cas, surtout avec les véhicules hybrides. Des chercheurs de l’Université de technologie d’Eindhoven (TU/e), en collaboration avec des collègues de l’Université d’Anvers, ont mis au point un catalyseur amélioré capable de purifier correctement les gaz d’échappement même à température ambiante. Leurs travaux sont publiés dans la revue Science le 16 juine.

Le soi-disant convertisseur catalytique à trois voies dans le système d’échappement d’une voiture se compose de matériaux coûteux et ne fonctionne correctement que lorsque les gaz d’échappement ont une température de plusieurs centaines de degrés Celsius.

Par conséquent, lorsque vous démarrez votre voiture, ou lorsque vous conduisez une voiture hybride dans laquelle le moteur à essence et le moteur électrique alternent entre l’entraînement du groupe motopropulseur, les gaz sortant de l’échappement contiennent toujours du monoxyde de carbone toxique. Dans un nouvel article de Science, des scientifiques dirigés par Emiel Hensen montrent maintenant qu’en modifiant le matériau de support du catalyseur, il est possible de convertir presque complètement le monoxyde de carbone toxique en gaz carbonique même à température ambiante.

Nobles besoins

Les catalyseurs automobiles sont fabriqués en déposant des métaux nobles tels que le platine, le palladium et le rhodium sur un substrat en oxyde de cérium, également appelé oxyde de cérium. Cependant, les métaux nobles sont à la fois rares et chers. Les chercheurs du monde entier travaillent donc sur des méthodes pour obtenir la même activité catalytique, voire meilleure, en utilisant moins de ces matériaux.

Par exemple, dans un article précédent, le groupe de Hensen à TU/e ​​a prouvé qu’en dispersant le métal noble sous la forme d’atomes simples, on conduit non seulement à une réduction de l’utilisation de matériaux, mais dans certaines conditions, le catalyseur fonctionne également plus efficacement.

Nouvelle vue de taille

Dans le projet de recherche doctorale de l’auteur principal Valery Muravev, les chercheurs ont déplacé leur attention du métal noble vers le matériau de support en dessous (cérium dans ce cas) pour améliorer encore les catalyseurs. Ils ont produit l’oxyde de cérium dans différentes tailles de cristaux et déposé les métaux nobles sous forme d’atomes uniques au cours de la même étape. Par la suite, ils ont étudié dans quelle mesure ces combinaisons de matériaux réussissaient à lier un atome d’oxygène supplémentaire au monoxyde de carbone.

De petits cristaux de cérine de 4 nanomètres se sont avérés améliorer remarquablement les performances du métal noble palladium dans des conditions de démarrage à froid en présence d’un excès de monoxyde de carbone. Cette performance améliorée pourrait s’expliquer par une réactivité plus élevée des atomes d’oxygène à des tailles de cristaux d’oxyde de cérium plus petites. Dans des conditions plus conventionnelles, 8 nanomètres se sont avérés être la taille optimale des cristaux de cérine nécessaires pour atteindre une activité catalytique élevée à des températures inférieures à 100 degrés Celsius.

Signification plus large

Cette recherche montre pour la première fois que lors du développement de catalyseurs, il est avantageux de ne pas se concentrer uniquement sur les métaux nobles qui doivent faire le travail. Dans ce cas, faire varier la taille des particules qui servent de support aux matières actives offre une nouvelle possibilité intéressante pour améliorer encore les catalyseurs et avec ceux-ci, améliorer l’efficacité et la spécificité des réactions chimiques. Ceci est également important pour le développement de procédés permettant de combiner le dioxyde de carbone de l’air ambiant avec de l’hydrogène vert pour produire des carburants ou des composés pour la production de plastiques durables.

En collaboration avec la société britannique Johnson Matthey, qui produit des catalyseurs pour l’industrie automobile, les chercheurs vont maintenant explorer plus avant comment traduire cette découverte en nouveaux produits.

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