katalyyttipinnoille

Katalyyttipinnoitteet ovat päällysteitä, joissa pinnalle on sijoitettu katalytisesti aktiivisia yhdisteitä. Niiden tehtävänä on nopeuttaa tai muuntaa kemiallisia reaktioita ilman, että koko materiaalin rakenne osallistuu aktiiviseen prosessiin. Pinnoitteet voivat olla metallipohjaisia, oksidisia tai hybridisiä, ja ne suunnitellaan tarjoamaan korkea aktiivisuus, hyvä valikoivuus sekä kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa ja vaihtelevissa olosuhteissa.

Yleisimmät materiaalit ovat jalometallit kuten platina (Pt), palladium (Pd) ja rhodium (Rh) sekä näiden seokset. Oksidipinnoitteet, kuten CeO2, TiO2 ja RuO2, sekä perovskiitti-tyyppiset oksidit voivat toimia sekä aktiivisina että tukemina rakenteina. Myös karbidit ja nitridit tutkitaan katalyyttisinä pinnoitteina. Alusta voi olla esimerkiksi alumiinioksidi (Al2O3), piidioksidi (SiO2) tai muut kerroksiset tukimateriaalit. Pinnoitteiden valmistusmenetelmiä ovat PVD (fysikaalinen haihdutus), CVD (kemiallinen haihdutus), ALD (atomikerrospinnoitus), elektrolyysi sekä sol-gel -tyyliset menetelmät, joilla voidaan saavuttaa nanodispersiota ja hyvää tartuntaa.

Sovellukset kattavat autojen päästöjen käsittelyn kolmivaihekatalysaattoreissa, polttokennojen elektrodit sekä kemiallisten reaktoreiden ja sensorien pinnat. Toimintaperiaate perustuu aktiivisten kohtien tarjoamiseen pinnalle sekä tukimateriaalin avulla saavutettavaan stabiilisuuteen ja redox-käytettävyyteen.

Haasteina ovat jalometallien korkeat kustannukset, pinnoitteen kestävyys ja tarttuvuus sekä saasteiden ja korkeiden lämpötilojen vaikutukset. Kehityksen suuntia ovat yksittäisten atomien katalyytit, konformaaliset pinnoitteet sekä ALD:n tarjoama tarkka kontrolli pintakerrosten koostumukselle ja paksuudelle.