O mercado de catalisadores de platina é altamente concentrado, com os 12 maiores produtores respondendo por 68% da participação global. A Heraeus, juntamente com a BASF e a Johnson Matthey (Reino Unido), formam o primeiro nível, dominando setores de ponta, como células de combustível e catalisadores químicos finos, enquanto a Heraeus lidera o setor de purificação de gases de escape automotivos com seus catalisadores de platina de alta atividade (66,5% do mercado global), e a BASF fornece soluções tecnológicas e de leasing de metais preciosos por meio de seu modelo Catalyst-as-a-Service (CaaS). A BASF fornece soluções tecnológicas e de leasing de metais preciosos por meio do modelo "Catalyst as a Service" (CaaS), que reduz a pressão sobre o capital dos clientes. O segundo nível inclui a Evonik e empresas chinesas, como a Kaili New Material e a Platinum Source Catalyst, com foco na iteração de tecnologia de baixa platinação. Por exemplo, a Platinum Source Catalysts desenvolveu catalisadores de liga de platina-cobalto de segunda geração, com carga de platina 33% menor e uma taxa de decaimento de apenas 3% ao longo de 30.000 ciclos, que foram fornecidos a diversas empresas de reatores de energia.
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Em termos de estrutura, os catalisadores de platina são divididos em multifásicos (reação sólido-gás/líquido) e homogêneos (reação líquido-líquido). Os catalisadores multifásicos de platina são predominantes (66,5%), com os seguintes tipos de portadores:
- Tipo de transportador de alumina: utilizado para hidrogenação de estireno, com área superficial específica de 289,5m²/g e taxa de conversão de 94,5% (em 100 minutos);
- Tipo de transportador de carbono: o material central da célula de combustível, mas o carbono de platina tradicional é fácil de corroer, resultando na remoção de partículas de platina;
- Tipo de transportador de óxido metálico: como Pt/TiO₂-Ov, que utiliza lacunas de oxigênio para melhorar a condutividade elétrica e tem 3 vezes mais resistência ao envenenamento por CO do que o carbono Pt tradicional.
Entre os cenários de aplicação, a química fina representa 59,6%, seguida pela purificação de gases de escape automotivos (catalisador de três vias) e células de combustível. No campo das células de combustível de hidrogênio, o uso de catalisadores de platina para reduzir a carga de platina tornou-se uma tendência. Por exemplo, catalisadores de platina de átomo único reduzirão a carga do eletrodo de membrana em 90%, chegando a 0,02 mg/cm².
O papel central dos catalisadores de platina é reduzir a energia de ativação da reação, acelerando-a em baixas/médias temperaturas sem se autoconsumir. Em Células a Combustível de Membrana de Troca de Prótons (PEMFC), onde o catalisador de platina conduz a reação de redução de oxigênio catódico (ORR), os catalisadores convencionais de platina-carbono têm uma atividade de massa de apenas 0,7 A/mgPt, enquanto os catalisadores monoatômicos de platina aumentam a atividade para 3,86 A/mgPt (5,3 vezes a do carbono de platina comercial) por meio de um centro ativo Pt-N₄ e bloqueiam o caminho de 4 elétrons para evitar a corrosão por subprodutos. A interação eletrônica metal-portador (EMSI) dos catalisadores de Pt é fundamental em termos de resistência à toxicidade. Por exemplo, em Pt/TiO₂-Ov, as vacâncias de oxigênio direcionam o fluxo de elétrons do TiO₂ para a platina, enfraquecendo a adsorção de CO, e a densidade de corrente decai em apenas 3,67% após a injeção de 1.000 ppm de CO, em comparação com os decaimentos convencionais de platina-carbono de mais de 10%.
O desempenho dos catalisadores de platina depende do design do transportador e do processo de dispersão da platina. As inovações em transportadores incluem: carbono dopado com nitrogênio para aumentar a eficiência de ancoragem dos átomos de platina; e vacâncias de oxigênio com dióxido de titânio para otimizar a condução de elétrons. No processo de preparação, o método de micro-ondas contínuas tornou-se um ponto de ruptura - a Faculdade de Artes e Ciências de Hubei usou um sistema misto de etilenoglicol e radiação de micro-ondas para sintetizar nanopartículas de platina com tamanho de partícula uniforme (3,02 nm) em 3 minutos, com atividade de eletro-oxidação de metanol de até 76,95 mA/cm², um aumento de 63,6% em comparação com catalisadores comerciais. O desafio da produção em massa reside na estabilidade da dispersão em nível atômico. A Universidade de Xangai desenvolveu uma estratégia sinérgica de átomo duplo (por exemplo, pareamento Pt-Fe) para inibir a aglomeração em alta temperatura por meio de fortes interações metal-transportador; A catálise com fonte de Pt combina nano-automontagem com a tecnologia de super-rede Pt-Co para solucionar o problema de homogeneização do tamanho de partículas e preparação em larga escala. Atualmente, as principais empresas reduzem os custos por meio de ligas com baixo teor de platina + tratamento a laser e promovem o desenvolvimento de catalisadores de platina com capacidade de carga <0,05 mg/cm².
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