O badaniach tych opowiada w rozmowie z PAP student Wydziału Chemii UJ, Tomasz Jakubek, laureat trzeciego miejsca w polskim finale konkursu FameLab.

"Sadza powstaje, kiedy paliwo zawierające węgiel spala się przy zbyt małej ilości tlenu" - wyjaśnia Jakubek i dodaje, że paliwo w takich warunkach nie jest przekształcane całkowicie w dwutlenek węgla, ale tworzy różne niepożądane związki. Substancje te (głównie związki węgla) wchodzą np. w skład smogu, który ma na nas szkodliwy wpływ, m.in. działając rakotwórczo. Poza tym sadza zanieczyszcza i zapycha układy wydechowe.

W zwalczaniu sadzy pomagają katalityczne filtry. Dzięki nim sadza nie tylko nie przedostaje się do powietrza, ale także spalana jest do dwutlenku węgla. Okazuje się bowiem, że do spalenia sadzy może wystarczyć temperatura, jaka występuje w rurze wydechowej. Jest to możliwe dzięki katalizatorom. "Katalizator to substancja, która nie zużywa się w reakcji chemicznej, ale ułatwia jej zachodzenie" - opowiada Tomasz Jakubek.

Dotychczas w skład katalizatorów dopalania sadzy używane były m.in. platyna i cer. Platyna jest materiałem bardzo kosztownym, a zasoby ceru - metalu ziem rzadkich - powoli się wyczerpują. Dlatego naukowcy poszukują aktywnych, ale tańszych katalizatorów.

Naukowcy pod kierunkiem prof. Andrzeja Kotarby z WCh UJ opracowują nowe układy katalityczne, w których skład wchodzą tanie materiały m.in. żelazo, mangan i potas. "Produkcja takiego materiału jest zadziwiająco prosta" - przekonuje Tomasz Jakubek, który badania wykonuje w ramach swojej pracy magisterskiej. Przyznaje, że filtry z takim katalizatorem będą znacznie tańsze - produkowane z łatwo dostępnych materiałów. Jakubek wyjaśnia, że o ile w zwykłych warunkach sadza zaczyna się spalać w temperaturze 500-600 st. C, o tyle w obecności katalizatora z UJ do rozpoczęcia procesu spalania wystarczy już 250 st. C.

"Jeden z naszych bardziej obiecujących układów powstał podczas wygrzewania tlenku manganu z potasem. Zauważyliśmy, że potas penetruje strukturę tlenku manganu, a powstające nowe fazy takie jak kryptomelan, wykazują ciekawe właściwości. Proces taki nazywamy nanostrukturyzacją" - zaznacza rozmówca PAP. Przyznaje, że na razie nie można jednoznacznie określić, jakie mechanizmy sprawiają, że sadza łatwiej się spala w obecności tego typu katalizatorów, hipotezy są obecnie weryfikowane. Jedna z nich wskazuje, że na powierzchni katalizatora następuje łatwa aktywacja atomów tlenu z powietrza. "Tlen staje się więc bardziej +chętny+ do reagowania z sadzą" - wyjaśnia Jakubek. Badania na ten temat wciąż są prowadzone.