Toyota quiere desarrollar catalizadores de coche que se controlan a nivel cuántico

Los convertidores catalíticos que transforman los gases tóxicos de los tubos de escape de los automóviles en contaminantes menos tóxicos no llegaron al mercado hasta mediados de la década de 1970.

Están hechos de un catalizador -usualmente en forma de un metal precioso como el platino, el paladio o el rodio-, un material de soporte del catalizador, y una capa diseñada para dispersar los materiales catalíticos sobre una superficie amplia.

El Centro de Laboratorios I + D de Toyota, en Japón, está investigando cómo desarrollar catalizadores controlados a nivel cuántico. Con este nivel de control "podemos esperar una reducción extrema del uso de metales preciosos en los catalizadores de escape de automóviles y/o pilas de combustible", asegura Yoshihide Watanabe, investigador jefe, en una nota de prensa del Instituto Nacional de Ciencia de los Materiales, recogida por Asia Research News (ResearchSEA).

Watanabe repasó investigaciones sobre los diferentes tipos de reacciones catalíticas que involucran a clústeres) de metal cuyos tamaños estuvieran controlados atómicamente.

Clústeres

La química de clústeres de metal se ha desarrollado rápidamente desde mediados del siglo XX. Un clúster es un grupo de átomos o moléculas formadas por interacciones que varían en fuerza desde muy débiles a fuertes. Algunos clústeres de origen natural son conocidos por estar involucrados en reacciones catalíticas.

El estudio de los clústeres metálicos está inspirando gran interés, en parte por el uso potencial de clústeres sintéticos en aplicaciones industriales, tales como catalizadores en los convertidores catalíticos.

Watanabe indica que no se ha hecho mucha investigación en el área de la catálisis por clúster controlada a nivel atómico, con la excepción de estudios sobre la reacción de oxidación del monóxido de carbono.

Su investigación indica que la actividad catalítica está fuertemente afectada por la estructura electrónica de los clústeres, su geometría en el material de soporte, y la interacción entre el clúster y el material.

Por lo tanto, la actividad catalítica de los clústeres se puede mejorar mediante el control del tamaño del clúster y de la interacción con el material de soporte. Esto es importante, porque el aumento de la actividad catalítica de algunos clústeres puede reducir en gran medida la utilización de metales preciosos como agentes catalíticos.

Unos pocos estudios que tratan de entender cómo se ven afectadas a nivel cuántico las propiedades catalíticas de los clústeres de tamaño controlado. Aunque se sugieren varios mecanismos para estos efectos, el campo está todavía en desarrollo, señala Watanabe.

Como resultado de su revisión, el científico recomienda realizar más estudios que investiguen cómo se ven afectadas por la temperatura las tasas de reacción catalítica. A su juicio, la aplicación de simulaciones por ordenador -química computacional- puede abrir el camino al desarrollo de catalizadores controlados cuánticamente, formados a partir de clústeres de precisión atómica.

Referencia bibliográfica:

Yoshihide Watanabe: Atomically precise cluster catalysis towards quantum controlled catalysts. Science and Technology of Advanced Materials (2014). DOI: 10.1088/1468-6996/15/6/063501.