Per ridurre le emissioni di monossido di carbonio basta un atomo di platino / A platinum atom is enough to reduce carbon monoxide emissions

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Singoli atomi di platino (bianchi) ancorati alla superficie del biossido di titanio. Gli atomi di platino sono i catalizzatori attivi nella eliminazione del monossido di carbonio / Single platinum atoms (white) anchored to the surface of titanium dioxide. Platinum atoms are the active catalysts in the elimination of carbon monoxide(Cortesia: Università Milano Bicocca)

Ricercatori dell’Università di California e dell’Università di Milano-Bicocca hanno scoperto come il metallo nobile possa essere utilizzato in ridotte quantità per controllare le prestazioni dei catalizzatori. Lo studio è stato pubblicato su Nature Materials.

Per ridurre le emissioni di monossido di carbonio basta un atomo di platino. Questa la scoperta di un gruppo di ricercatori dell’Università di California a Santa Barbara e Irvine (Stati Uniti), guidati dal professor Phillip Christopher, in collaborazione con ricercatori del dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università di Milano-Bicocca, coordinati da Gianfranco Pacchioni, docente di Chimica e prorettore alla Ricerca dell’Ateneo. Una ricerca riportata nello studio “Structural evolution of atomically dispersed Pt catalysts dictates reactivity” pubblicato sulla rivista Nature Materials (https://doi.org/10.1038/s41563-019-0349-9).

Il platino (come il palladio o il rodio) è uno dei metalli nobili lei cui particelle, disperse su un supporto inerte, sono alla base dei catalizzatori. La loro presenza è necessaria per controllare le emissioni dei veicoli, raffinare il petrolio, generare energia nelle celle a combustibile. Senza i catalizzatori, per fare un esempio, l’aria delle nostre città sarebbe irrespirabile. Solo che questi metalli sono tra gli elementi meno abbondanti sulla terra e il loro costo è proprio legato alla loro disponibilità: minore è la quantità esistente, maggiore è il prezzo.

Per lo stesso motivo, è evidente che il costo dei catalizzatori diminuisce riducendo la dimensione delle particelle e la quantità di sostanza utilizzata. Progettare catalizzatori basati su singoli atomi di metalli preziosi rappresenta la nuova frontiera della ricerca in questo campo. Le equipe delle Università di California e di Milano-Bicocca, usando tecniche di caratterizzazione microscopica e spettroscopica ad alta risoluzione in combinazione con simulazioni teoriche avanzate, sono riuscite a identificare il comportamento dinamico di singoli atomi di platino depositati su biossido di titanio e il loro ruolo nel promuovere 

reazioni di rilevanza ambientale come la ossidazione del monossido di carbonio.

«Questo lavoro ha mostrato come i cambiamenti di coordinazione degli atomi di platino con la temperatura abbiano una forte influenza sulla reattività chimica e come possano essere utilizzati per controllare le prestazioni del catalizzatore», spiega Gianfranco Pacchioni. Il risultato? Un catalizzatore basato su singoli atomi di platino – e quindi su una piccola quantità di sostanza – è in grado di ottenere ottime prestazioni. Un riscontro importante, visto che in un grammo di platino ci sono circa ben 1021 atomi, un numero enorme.

ENGLISH

Researchers from the University of California and the University of Milan-Bicocca have discovered how noble metal can be used in small quantities to control the performance of catalysts. The study was published in Nature Materials.

A platinum atom is enough to reduce carbon monoxide emissions. This is the discovery of a group of researchers from the University of California in Santa Barbara and Irvine (United States), led by Professor Phillip Christopher, in collaboration with researchers from the Department of Materials Science of the University of Milan-Bicocca, coordinated by Gianfranco Pacchioni, Professor of Chemistry and Vice-Chancellor of the University. A research reported in the study "Structural evolution of atomically dispersed Pt catalysts dictates reactivity" published in the journal Nature Materials (https://doi.org/10.1038/s41563-019-0349-9).

Platinum (like palladium or rhodium) is one of the noble metals whose particles, dispersed on an inert support, are the basis of catalysts. Their presence is necessary to control vehicle emissions, refine oil, generate energy in fuel cells. Without the catalysts, for example, the air of our cities would be unbearable. Except that these metals are among the least abundant elements on earth and their cost is precisely linked to their availability: the smaller the existing quantity, the greater the price.

For the same reason, it is evident that the cost of the catalysts decreases by reducing the particle size and the amount of substance used. Designing catalysts based on single atoms of precious metals represent the new frontier of research in this field. The teams from the Universities of California and Milan-Bicocca, using high-resolution microscopic and spectroscopic characterization techniques combined with advanced theoretical simulations, were able to identify the dynamic behavior of individual platinum atoms deposited on titanium dioxide and their role in promoting

reactions of environmental significance such as the oxidation of carbon monoxide.

"This work showed how the coordination changes of platinum atoms with temperature have a strong influence on chemical reactivity and how they can be used to control the performance of the catalyst," explains Gianfranco Pacchioni. The result? A catalyst based on individual platinum atoms - and therefore on a small amount of substance - is able to achieve excellent performance. An important confirmation, given that in a gram of platinum there are about 1021 atoms, a huge number.

Da:

http://www.lescienze.it/lanci/2019/04/23/news/per_ridurre_le_emissioni_di_monossido_di_carbonio_basta_un_atomo_di_platino-4379701/?ref=nl-Le-Scienze_26-04-2019