Luftföroreningar från bränsleförbränning är ett av de största miljöproblemen, speciellt i stadsmiljöer. I tätbefolkade städer, närvaron av kväveoxider, mycket små kolpartiklar, och kolmonoxid (CO) i luften skadar allvarligt människors hälsa och ökar dödligheten. Ett samarbete mellan forskare från universitetet i Barcelona och från Boreskov Institute of Catalysis vid ryska vetenskapsakademien i Novosibirsk (Ryssland) öppnar vägen för att minska utsläppen av fordonsföroreningar. I en nyligen genomförd studie, forskarna presenterar designprinciper och katalysatorsynteser för att omvandla giftiga molekyler i luften vid temperaturer under 0 grader C.

De flesta av de skadliga föroreningarna som genereras i bilförbränningsmotorer dämpas i bilavgaserna genom interaktion med sofistikerade katalysatorer. Särskilt, de så kallade trevägs avgaskatalysatorerna för bilar omvandlar skadliga kväveoxider, kolmonoxid, och kolväten till ofarligt molekylärt kväve, vatten, och koldioxid.

Dock, en av de återstående utmaningarna är kallstartsutsläpp som genereras av fordon under de första minuterna efter tändningen tills motorn blir tillräckligt varm för att katalysatorn ska börja fungera. "Faktiskt, de flesta av de skadliga utsläppen under en genomsnittlig körning kommer från sådana kallstartsutsläpp, "konstaterar Konstantin Neyman, ICREA professor vid Institutet för teoretisk och beräkningskemi vid universitetet i Barcelona (IQTCUB). "Utvecklingen av katalysatorer som fungerar effektivt vid låga temperaturer är därför ett mycket aktivt forskningsfält, " han lägger till.

I detta sammanhang, forskare i gruppen ledd av professor Andrei Boronin, från Boreskov Institute of Catalysis (Novosibirsk, Ryssland), har studerat de katalytiska egenskaperna hos komplexa material baserade på kombinationer av metaller och oxider. Det sibiriska teamet fokuserade på lågtemperatureffektiviteten hos syntetiserade katalysatorer och identifierade en särskild kombination som kunde börja omvandla CO vid -50 grader C.

Denna lågtemperatureffektivitet uppnåddes genom att fint dispergera platina, en katalytiskt aktiv metall som används i många applikationer, på nanostrukturerad ceriumdioxid. "Nyckeln till prestandan hos dessa mycket aktiva material är synergin mellan oxidstödet och välfördelad oxiderad platina. Vi kan identifiera dessa komponenter genom spektroskopiska tekniker, men att karakterisera deras specifika roll kräver dedikerade beräkningsmodeller, säger professor Boronin.

Det är just här det teoretiska modelleringsarbetet som utförs i gruppen ledd av Konstantin Neyman kommer in i bilden. Albert Bruix, en Beatriu de Pinós-forskare i denna grupp, säger, "Med hjälp av kvantmekaniska beräkningar med hjälp av högpresterande datorer, vi kan modellera dessa fascinerande material och dechiffrera varje komponents roll i den enastående katalytiska prestandan mätt experimentellt."

Studien, publiceras i Tillämpad katalys B:Miljömässig , är ett viktigt steg framåt i utvecklingen av katalytiska material för oxidativ lågtemperaturbehandling av luftföroreningar. Dock, Professor Boronin säger, "Mängden platina som används i dessa katalysatorer är ganska stor, och dess kostnad hindrar kommersiellt gångbara tillämpningar." Han tillägger, "Vårt nuvarande arbete fokuserar alltså på att uppnå en liknande hög prestanda vid starkt minskade ädelmetallbelastningar."

Samhällseffekten av att utveckla sådana katalysatorer är inte begränsad till bilutsläpp:"Dessa material kan också användas för oxidativ behandling av föroreningar som produceras av stationära källor som fossildrivna kraftverk, avslutar Konstantin Neyman.