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Embora os conversores catalíticos de veículos de passageiros sejam obrigatórios há mais de 30 anos, ainda há muito espaço para melhorias. Por exemplo, eles só funcionam corretamente quando o motor está suficientemente quente, o que nem sempre acontece, principalmente em veículos híbridos. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven (TU/e), juntamente com colegas da Universidade de Antuérpia, desenvolveram um catalisador aprimorado que pode purificar adequadamente os gases de exaustão, mesmo à temperatura ambiente. Seu trabalho é publicado na revista Ciência em 16 de junhoº.
O chamado conversor catalítico de três vias no sistema de escapamento de um carro é feito de materiais caros e só funciona corretamente quando os gases de escapamento têm uma temperatura de várias centenas de graus Celsius.
Como resultado, quando você liga o carro ou dirige um carro híbrido no qual o motor a gasolina e o motor elétrico alternam entre a condução do trem de força, os gases que saem do escapamento ainda contêm monóxido de carbono tóxico. Em um novo artigo da Science, os cientistas liderados por Emiel Hensen agora mostram que, modificando o material transportador do catalisador, é possível converter quase completamente o monóxido de carbono tóxico em gás dióxido de carbono, mesmo à temperatura ambiente.
Necessidades nobres
Catalisadores automotivos são feitos depositando metais nobres como platina, paládio e ródio em um substrato do material óxido de cério, também conhecido como céria. No entanto, os metais nobres são raros e caros. Pesquisadores de todo o mundo estão, portanto, trabalhando em métodos para obter a mesma ou até melhor atividade catalítica por meio do uso de menos desses materiais.
Por exemplo, em um artigo anterior, o grupo de Hensen na TU/e provou que dispersar o metal nobre na forma de átomos individuais leva não apenas a uma redução no uso de material, mas sob certas condições, o catalisador também funciona com mais eficiência.
Nova visualização de tamanho
No projeto de pesquisa de doutorado do autor principal Valery Muravev, os pesquisadores mudaram sua atenção do metal nobre para o material de suporte abaixo (céria, neste caso) para melhorar ainda mais os catalisadores. Eles produziram a céria em diferentes tamanhos de cristal e depositaram os metais nobres como átomos individuais na mesma etapa. Posteriormente, eles estudaram o quão bem essas combinações de materiais conseguiram ligar um átomo de oxigênio extra ao monóxido de carbono.
Pequenos cristais de céria de 4 nanômetros de tamanho acabaram por melhorar notavelmente o desempenho do nobre metal paládio sob condições de partida a frio na presença de excesso de monóxido de carbono. Esse desempenho aprimorado pode ser explicado por uma maior reatividade dos átomos de oxigênio em tamanhos menores de cristais de céria. Em condições mais convencionais, 8 nanômetros acabaram sendo o tamanho ideal dos cristais de céria necessários para atingir uma alta atividade catalítica em temperaturas abaixo de 100 graus Celsius.
Significado mais amplo
Esta pesquisa mostra pela primeira vez que, ao desenvolver catalisadores, vale a pena olhar não apenas para os metais nobres que precisam fazer o trabalho. Nesse caso, variar o tamanho das partículas que atuam como carreadores dos materiais ativos oferece uma nova possibilidade interessante de aprimorar ainda mais os catalisadores e com eles melhorar a eficiência e a especificidade das reações químicas. Isso também é importante para o desenvolvimento de processos para combinar dióxido de carbono do ar ambiente com hidrogênio verde para produzir combustíveis ou compostos para a produção de plásticos sustentáveis.
Juntamente com a empresa britânica Johnson Matthey, que produz catalisadores para a indústria automotiva, os pesquisadores vão agora explorar como traduzir essa descoberta em novos produtos.
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