溫斯頓-(2021年2月9日)-萊斯大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種“有缺陷”的催化劑，可以簡(jiǎn)化氧氣中過(guò)氧化氫的生產(chǎn)。
科學(xué)家用氧等離子體處理大米中的無(wú)金屬炭黑，這是一種由石油生產(chǎn)的廉價(jià)粉末產(chǎn)品。在這個(gè)過(guò)程中，缺陷和含氧基團(tuán)被引入碳顆粒的結(jié)構(gòu)中，從而暴露出更大的相互作用表面積。
當(dāng)用作催化劑時(shí)，稱(chēng)為CB等離子體的缺陷粒子可以以100%的法拉第效率將氧氣還原為過(guò)氧化氫，法拉第效率是電化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的一種度量。研究人員表示，這種工藝有望取代復(fù)雜的基于蒽醌的生產(chǎn)方法，這種方法需要昂貴的催化劑，并產(chǎn)生有毒的有機(jī)副產(chǎn)物和大量廢水。
化學(xué)家詹姆斯圖爾和材料理論家鮑里斯雅科布森的研究發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)ACS催化雜志上。
過(guò)氧化氫被廣泛用作消毒劑和廢水處理、造紙和紙漿工業(yè)以及化學(xué)氧化。圖爾預(yù)測(cè)，新工藝將影響過(guò)氧化氫催化劑的設(shè)計(jì)。
托爾說(shuō)：“這里概述的電化學(xué)過(guò)程不需要金屬催化劑，這將降低成本，使整個(gè)過(guò)程更簡(jiǎn)單?！薄斑m當(dāng)設(shè)計(jì)的碳結(jié)構(gòu)可以提供合適的活性位點(diǎn)來(lái)還原氧分子，同時(shí)保持OO鍵，因此過(guò)氧化氫是唯一的產(chǎn)品。此外，無(wú)金屬設(shè)計(jì)有助于防止過(guò)氧化氫分解?！?
等離子體處理會(huì)在炭黑顆粒中產(chǎn)生缺陷，這些缺陷在材料的原子晶格中以五元環(huán)或七元環(huán)的形式出現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程有時(shí)會(huì)移除足夠的原子，在晶格中產(chǎn)生空位。
催化劑的工作原理是從氧氣中提取兩個(gè)電子，與兩個(gè)氫電子結(jié)合生成過(guò)氧化氫。(燃料電池中使用的一個(gè)過(guò)程，即氧被四個(gè)電子還原，會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品水。)
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