Очистить воздух городов

Известно, что бензин сгорает в двигателях автомобилей не полностью, в результате в выхлопных газах содержится не только диоксид углерода СО₂, но и монооксид углерода СО, исключительно ядовитый. Для борьбы с этим явлением используют каталитический процесс окисления СО до СО₂, называемый в быту дожиганием:

2СО + О₂ 2СО₂.

Простая на первый взгляд реакция протекает весьма необычно. Прежде всего она необратима, что затрудняет ее исследование, гораздо проще наблюдать равновесную реакцию, изменяя условия и тем самым сдвигая равновесие. Оказалось также, что реакция имеет колебательный характер, проще говоря, пульсирует.

Специальная насадка на выхлопную трубу автомобиля, содержащая металлическую платину – катализатор реакции окисления

Эртль, изучая окисление СО на платиновом катализаторе с использованием современных спектральных методов, среди которых наиболее информативными оказались дифракция электронов с низкой энергией и микроскопия с фотоэлектронной эмиссией. В результате он установил, что в тот момент, когда на отдельных участках каталитической поверхности концентрация СО превышает определенную величину (приблизительно 0,5 моль/л), происходит перестройка поверхности катализатора.

Преобразования поверхности катализатора в зависимости от локальной концентрации СО

Процесс обратим, и при снижении концентрации СО до величины 0,2 моль/л поверхность приходит в прежнее состояние. Процесс перестройки поверхности несколько отстает по времени от изменения концентрации СО, как это было в случае с поголовьем рысей и зайцев. В итоге можно наблюдать, как по поверхности катализатора расходятся концентрические волны, что показано на трех последовательных снимках.

Концентрические волны изменения поверхности катализатора

Наблюдаемая картина по-своему красива и весьма необычна, поскольку показывает перестройку поверхности твердого тела под действием газообразного реагента. Фактически Эртль обнаружил неизвестное ранее явление – «химические» волны на поверхности катализатора.

Проведенное Эртлем детальное изучение кинетики и механизма этого процесса открывает пути к разработке катализаторов нового типа.