Статья о совместном исследовании опубликована в одном из самых престижных журналов по катализу Applied Catalysis B: Environmental.
Большую часть вредных веществ, которые образуются при сжигании углеводородного топлива, нейтрализуют каталитические конвертеры. Трехкомпонентные автомобильные катализаторы обезвреживания выхлопных газов превращают оксиды азота, монооксид углерода и несгоревшие остатки углеводородов в безвредные молекулярный азот, воду и углекислый газ. Но значительная доля выбросов происходит при холодном запуске двигателя, так как катализаторы не работают при низких температурах.
Для решения этой проблемы группа ученых под руководством профессора, доктора химических наук Андрея Ивановича Боронина из Института катализа СО РАН исследует каталитические свойства сложных наноструктурированных материалов на основе комбинаций металлов и оксидов.
«Мы сосредоточили внимание на платино-цериевой комбинации, способной начать окисление угарного газа (CO) уже при -50°C. Эту необычайную низкотемпературную активность мы достигли за счет нанесения атомов и кластеров платины на наноструктурированный диоксид церия. Ключом к пониманию характеристик этих очень активных материалов является синергизм, или взаимное усиление, между оксидным носителем и хорошо распределенной окисленной платиной. Мы можем идентифицировать активные состояния этих компонентов с помощью спектроскопических методов, но для описания их конкретной роли требуются специальные вычислительные модели», — пояснил Андрей Боронин.
Теоретическое моделирование проводила группа профессора ICREA (Catalan Institution for Research and Advanced Studies) Константина Неймана в Университете Барселоны. «С помощью квантово-химических расчетов на высокопроизводительных компьютерах мы можем моделировать эти сложные материалы и расшифровывать роль каждого компонента в достижении уникальных каталитических характеристик, измеренных экспериментально», — отметил научный сотрудник лаборатории доктор Альберт Бруш.
Помимо нейтрализации автомобильных выхлопов разработанный катализатор в перспективе можно будет применять для очистки воздуха от выбросов ТЭЦ. «Полученные материалы также можно использовать для окислительного снижения выбросов загрязняющих веществ, производимых стационарными источниками, такими как электростанции, работающие на ископаемом топливе», — добавил Константин Нейман.
Проведенное исследование — важный шаг в разработке каталитических материалов для низкотемпературной окислительной нейтрализации загрязняющих веществ. Однако пока их широкому применению препятствует высокое содержание платины. По словам Андрея Боронина, сейчас ученые работают над достижением таких же высоких показателей каталитической активности, но при сниженном содержании драгоценного металла.