Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atomic insight may lead to cleaner cars

26.09.2003


MIT researchers affiliated with the Laboratory for Energy and the Environment are gaining atomic-level insight into how sulfur in engine exhaust “poisons” advanced catalytic converters, reducing their ability to remove noxious emissions from car engines. Understanding that process is a first step toward preventing it, thereby making viable new fuel-efficient engine designs.


Based on quantum mechanical calculations, MIT researchers have developed this series of pictures showing how sulfur dioxide on a platinum catalyst converts to sulfur trioxide—a compound that poisons advanced catalytic converters for new fuel-efficient engines. Platinum atoms of the catalyst’s surface appear as blue spheres, oxygen atoms are black and the sulfur atom is white. In successive pictures, a single oxygen atom approaches and eventually joins onto an existing sulfur dioxide molecule to form sulfur trioxide.
IMAGE / LABORATORY FOR ENERGY AND THE ENVIRONMENT



“Removing sulfur from fuel is difficult and costly, so we need to develop a sulfur-resistant catalytic converter that will work with the lean-running engines now being designed,” said Bernhardt Trout, associate professor of chemical engineering and principal investigator of the work. “Lean-running engines operate with excess air and are highly efficient, which means low fuel consumption and low emissions.”

... mehr zu:
»Alliance »Atomic »Science »Trout


The work focuses on a promising catalytic converter with two components: a platinum catalyst that converts carbon monoxide and hydrocarbons in exhaust to carbon dioxide and water, and a barium oxide “trap” that captures nitrogen oxides. The converter thus controls emissions that can harm human health and contribute to the formation of smog and acid rain.

However, with excess oxygen present, sulfur dioxide in the exhaust reacts on the platinum catalyst to form sulfur trioxide. The sulfur trioxide then coats the barium oxide trap, so it can no longer do its job.

“Our goal is to stop the reactions that turn sulfur dioxide to sulfur trioxide but without interfering with the reactions that clean up carbon monoxide and hydrocarbons,” said Trout. “That’s challenging because all of those reactions involve the same process—adding an oxygen atom to an existing molecule.”

Achieving “selective oxidation” is next to impossible using traditional trial-and-error experimentation. So the MIT researchers are using quantum mechanical calculations to determine on an atomic level the reaction process by which sulfur trioxide forms. Calculating the behavior of all electrons during the reactions of interest is a computationally intensive procedure that they perform on supercomputers at the National Computational Science Alliance at the University of Illinois at Urbana-Champaign.

Based on their analysis, Professor Trout and his team have developed a series of pictures that show the step-by-step process whereby a single oxygen atom on a platinum surface approaches and eventually joins onto an existing sulfur dioxide molecule to form sulfur trioxide. Other calculations show the energy consumed or released at each step as chemical bonds break or form.

The researchers are now using their new atomic-level understanding to perform larger-scale simulations that can predict how sulfur and oxygen atoms will move, interact and react to form new molecules under realistic conditions. Simulations thus far suggest that oxygen atoms will cluster together—a behavior observed in experimental systems.

Professor Trout and his team are collaborating closely with experimentalists to try to understand the clustering process and whether steps to either encourage or discourage clustering may interfere with the formation of sulfur trioxide.

This research is supported by the Ford/MIT Alliance and the National Science Foundation. Other participants are William Schneider of Ford Motor Co.; Xi Lin (Ph.D. 2003), a postdoctoral associate in the Department of Nuclear Engineering; and Hairong Tang, a Ph.D. candidate in the Department of Chemical Engineering.

Nancy Stauffer | MIT

Weitere Berichte zu: Alliance Atomic Science Trout

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Mitarbeiter der Hochschule Ulm entwickeln neue Methode zur Desinfektion von Kontaktlinsen
17.07.2017 | Hochschule Ulm

nachricht Form aus dem Vakuum: Tiefziehen von Dünnglas eröffnet neue Anwendungsfelder
07.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

NASA looks to solar eclipse to help understand Earth's energy system

21.07.2017 | Earth Sciences

Stanford researchers develop a new type of soft, growing robot

21.07.2017 | Power and Electrical Engineering

Vortex photons from electrons in circular motion

21.07.2017 | Physics and Astronomy