Ett genombrott inom katalysforskning av akademiker vid universiteten i St Andrews och Newcastle kan leda till utvecklingen av ren dieselmotorteknik och hjälpa till att bekämpa luftföroreningar.

Katalys är en viktig process som stöder den kemiska industrin, vilket gör att vi effektivt kan producera de kemikalier vi behöver. Det ger oss också möjlighet att städa upp de föroreningar som vi annars skulle släppa ut i atmosfären. Katalysatorer är vanligtvis metalliska nanopartiklar, ofta platinagruppmetaller som är fint avsatta på ett substrat. Aktiviteten och hållbarheten hos katalysatorn beror kritiskt på interaktionen mellan partiklarna och substratet.

Under de senaste åren har teamet vid University of St Andrews undersökt metallnanopartiklar framställda genom exsolution på ytan av perovskitoxider och har visat att dessa strukturer möjliggör nya dimensioner inom katalys- och energiomvandlings- och lagringsteknologier på grund av deras sockel, väl förankrad struktur.

Nu, i nära samarbete med forskare vid Newcastle University har de visat att i motsats till vad allmän tro, upplösta partiklar återupplöses inte tillbaka i den underliggande perovskiten vid oxidation. Istället, de kan förbli fästa på sina ursprungliga platser, och kan sedan genomgå ytterligare kemiska omvandlingar för att ändra deras sammansättning, struktur och funktionalitet dramatiskt, samtidigt som deras ursprungliga rumsliga arrangemang bevaras. Detta kallas "kemi vid en punkt".

Den anmärkningsvärda användbarheten av strukturer förberedda med detta koncept har visats i förhållande till avgasrening från dieselutsläpp, oxiderar CO och NO samtidigt under hundratals drifttimmar. Konceptet representerar en stegvis förändring i utformningen av jordnära metallkatalysatorer som konkurrerar med platina för reaktioner av avgörande praktisk betydelse, på viktbasis, och även vid temperaturer som är relevanta för avgasutsläpp.

Resultaten publiceras idag (30 november 2017) i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

Leda akademiker, Professor John Irvine från School of Chemistry i St Andrews, sa:"Detta koncept 'kemi vid en punkt' möjliggör design av sammansättningsmässigt mångfald av inneslutna oxidpartiklar med överlägsen stabilitet och katalytisk reaktivitet bred tillämpbarhet i processer för ren energi och miljösanering.

"Under 2015 uppskattade regeringen att exponering för NOx och partikelutsläpp från dieselmotorer leder till cirka 52, 000 ytterligare dödsfall i Storbritannien; resultaten av forskningen har långtgående konsekvenser för framtiden för ren diesel och luftföroreningar."