Smogproducerande kemikalier kunde nästan elimineras från avgasrören på dieselbilar och skåpbilar, med hjälp av ett nytt avgaskatalysatorkoncept utvecklat på KAUST. Efter att systematiskt studera flera katalysatorkompositioner, identifierade forskargruppen det ideala atomreceptet för att katalytiskt avlägsna NO_x från fordonsutsläpp. Resultaten, publicerade i Nature Communications , lösa en pågående debatt om additiva atomer i katalysatorblandningen.

Den senaste utvecklingen inom högeffektiv motordesign kräver, tillsammans med skärpta fordonsutsläppsregler, förbättrade motoravgaskatalysatorer. Nuvarande generation NO_x Katalysatorer för små dieselmotorer fungerar optimalt över 200 grader Celsius. Katalysatorer som arbetar vid lägre temperaturer krävs nu. Sådana katalysatorer behöver snabbt avlägsna NO_x efter en kallstart och samarbeta med nya lågtemperaturförbränningsmotorer.

Att utveckla en ny generation av förbättrade NO_x Katalysator, bilutsläppskontrollföretag Umicore samarbetade med en forskargrupp från KAUST Catalysis Center, ledd av Javier Ruiz-Martínez, för att optimera katalysatordesignen.

"Vi undersökte material som är baserade på mangan på grund av deras goda prestanda och låga kostnad", förklarar Ruiz-Martínez. Manganbaserad NO_x katalysatorer har vanligtvis använt cerium som dopningsmedel, även om det inte fanns någon konsensus om ceriums roll i NO_x avlägsnande. "Det bästa sättet att utveckla nya katalysatorer är att först förstå hur dessa material fungerar", säger Ruiz-Martínez. Så, teamet tog fram en serie katalysatorer, innehållande olika mängder cerium, för att lösa debatten.

Teamet etablerade först metoder för att producera varje katalysator med en homogen nanostruktur för att möjliggöra en jämförelse mellan dem. "Efter att ha sett till att katalysatormaterialen var som vi designade, letade vi efter korrelationer mellan katalytisk aktivitet och mängden cerium och mangan," säger Ruiz-Martínez. Efter att ha tagit hänsyn till skillnader i katalysatorns yta visade teamet att närvaron av cerium sänkte den katalytiska aktiviteten hos manganatomerna.

I tidigare studier där cerium hade visat sig öka katalytisk NO_x avlägsnandet försvann ceriums uppenbara positiva effekt när teamet hade tagit hänsyn till dess påverkan på katalysatorns yta. Emellertid hade cerium en fördel:att undertrycka en oönskad bireaktion som producerar N₂ O. Som N₂ O-bildning kräver sannolikt deltagande av två närliggande manganställen, tillsats av cerium kan späda ut antalet ytmanganställen och på så sätt undertrycka reaktionen.

"Våra resultat visar att utformningen av mer aktiva katalysatormaterial kräver maximering av manganatomer på katalysatorytan och att dessa manganatomer är atomärt åtskilda för att undvika N₂ O-bildning," säger Ruiz-Martínez. "Vi designar nu katalysatorer som exponerar mangan atomärt spridd på ytan, och resultaten är extremt lovande." + Utforska vidare

Mangan gör sina spår i läkemedelssyntesen