Professor Hyunjoo Lee och doktorand Hojin Jeong. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Ett forskarlag från KAIST har utvecklat en fullt dispergerad Rh-ensemblekatalysator (ENS) som visar bättre prestanda än kommersiell dieseloxidationskatalysator (DOC). Denna nyutvecklade ENS kan förbättra lågtemperatur bilavgasrening.
Ädelmetaller har använts för olika heterogena reaktioner, men det är avgörande att maximera effektiviteten hos katalysatorer på grund av deras höga kostnad. Single-atom catalysts (SAC) har fått mycket uppmärksamhet eftersom det är möjligt för alla metallatomer att användas för reaktioner, ändå visar de inte katalytisk aktivitet för reaktioner som kräver ensembleplatser.
Under tiden, kolväten, såsom propen (C3H6) och propan (C3H8) är typiska föroreningar från bilar och måste omvandlas till koldioxid (CO2) och vatten (H2O) innan de släpps ut som avgaser. Eftersom kolväteoxidationsreaktionen fortskrider endast under kol-kol (C-C) eller kol-väte (C-H) bindningsklyvning, det är viktigt att säkra metallensembleplatsen för den katalytiska reaktionen. Därför, Ädelmetallkatalysatorer med hög spridning och ensembleplatser behövs i hög grad.
För att lösa detta problem, Professor Hyunjoo Lee från institutionen för kemisk och biomolekylär teknik och professor Jeong Woo Han från POSTECH utvecklade en Rh-ensemblekatalysator med 100 procent dispersion, och applicerade den på bilefterbehandling. Att ha en 100-procentig dispersion innebär att varje metallatom används för reaktionen eftersom den är exponerad på ytan.
Figur 1. Begreppet Rh -ensemblekatalysator för bilavgasrening. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
SAC har också 100 procent spridning, men skillnaden är att ENS har den unika fördelen att ha en ensembleplats med två eller flera atomer.
Som ett resultat av experimentet, ENS visade utmärkt katalytisk prestanda i CO, NEJ, propen, och propanoxidation vid låga temperaturer. Detta kompletterar nackdelen med nanopartikelkatalysatorer (NP) som utför katalys dåligt vid låga temperaturer på grund av låg metalldispersion, eller SAC utan kolväteoxidation.
Särskilt, ENS har överlägsen lågtemperaturaktivitet, ännu bättre än kommersiella DOC, därför förväntas de användas för behandling av bilavgaser.
Figur 2. Jämförelse av struktur och prestanda av enatomskatalysator och ensemblekatalysator. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Professor Lee sa, "Jag tror att ENS har gett akademiskt bidrag för att föreslå ett nytt koncept av metallkatalysatorer, skiljer sig från konventionella SAC och NP. På samma gång, de är av stort värde inom industrin för avgasbehandlingskatalysatorer."
Denna forskning, ledd av Ph.D. kandidat Hojin Jeong, publicerades i Journal of the American Chemical Society den 5 juli.
Figur 3. Energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS) kartläggningsbilder för SAC, ENS, och NP, respektive (grön, Va; röd, Ce). Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
