Unveiling the relevant factors affecting alumina/PGM nanoparticles interactions for the wet chemistry synthesis of tailor made oxidation catalysts

Climate changes unfortunately represent nowadays a concern for the own future due to the deterioration of our planet. Between the different causes that are contributing to this, air pollution plays a relevant role. Many are the sources responsible for the worsening of the air quality and of course emissions from light and heavy duty vehicles constitute a significant problem. For this reason, in the last thirty years, catalytic systems for exhaust gases abatement have been developed. This PhD project develops in this framework and aims at exploring a Pt/Al2O3 system adopted as Diesel oxidation catalyst for the oxidation of noxious gases such as CO, NO and hydrocarbons. The driving force for this research is based on the study of the interactions occurring between the active metal catalyst and the support, in order to evaluate whether the features of the catalyst support can be tuned for the improvement of the catalyst performances. For this reason, different aluminas (commercial and sol-gel synthesised) were analysed to gather information on their peculiarities. Selected samples were then modified through a hydrothermal treatment, with the purpose of modifying alumina surface sites that are involved in the interaction with the catalyst particles. The understanding of the interaction between the catalyst and the support is paramount for improving the catalytic efficiency. Indeed, the anchoring of the precious metal particles, that occurs through the above-mentioned sites, permits to avoid their sintering and the deactivation. Thus, catalytic tests were carried out, showing that both the features of the adopted alumina and the platinum precursors can be relevant parameters for finely tuning and optimising the performances of the final catalyst.

I cambiamenti climatici sono oggigiorno una delle principali preoccupazioni per il nostro futuro, in quanto determinano una sempre più aggravata inabitabilità del nostro pianeta. Tra le varie cause di questi effetti, l’inquinamento dell’aria costituisce un fattore molto rilevante, comportando anche effetti sulla salute. Le cause di questo tipo di inquinamento sono molteplici e tra queste l’emissione di gas nocivi, provenienti da veicoli leggeri e pesanti, non può essere trascurato. Per questo motivo, negli ultimi trent’anni, sono stati introdotti sistemi catalitici in grado di abbattere i gas di scarico. Questo progetto di dottorato si sviluppa proprio in questo contesto e mira allo studio di un sistema costituito da platino e allumina, Pt/Al2O3, in qualità di catalizzatore per l’ossidazione di gas nocivi quali CO, NO e idrocarburi, dei veicoli Diesel. Il motore di questa ricerca è costituito nello specifico dallo studio delle interazioni che si instaurano tra la fase attiva del catalizzatore metallico e il supporto, allo scopo di capire se eventuali caratteristiche del supporto possano essere sfruttate e manipolate per migliorare le prestazioni del catalizzatore. Perciò, diversi ossidi di alluminio (commerciali e preparati tramite sintesi sol-gel) sono stati analizzati per ottenere informazioni sulle loro principali caratteristiche. Alcuni di questi sono quindi stati selezionati per essere sottoposti a trattamento idrotermale, allo scopo di variare i siti superficiali dell’allumina, che risultano principalmente coinvolti nell’interazione con le particelle del catalizzatore. La valutazione di tali interazioni risulta infatti fondamentale per il miglioramento dell’efficienza del catalizzatore, poiché i suddetti siti permettono l’ancoraggio delle particelle di metallo prezioso, evitando così la loro sinterizzazione con conseguente disattivazione. E’ stata quindi eseguita una serie di test catalitici che hanno permesso di osservare come sia le caratteristiche del supporto scelto che il precursore di platino utilizzato, possano essere validi parametri al fine di ottimizzare e modulare le prestazioni del catalizzatore.