生产成本更低更环保的过氧化氢

由新南威尔士大学领导的澳大利亚研究人员已使用澳大利亚同步加速器来了解先进催化材料的化学结构如何对其稳定性和效率作出贡献。该方法具有以成本有效的方式生产过氧化氢(H2O2)的潜力，对环境的危害较小。

过氧化氢是一种重要的化学物质，已广泛用于包括废水处理，消毒，纸/纸浆漂白，半导体清洁，采矿和金属加工，燃料电池以及化学合成在内的各种应用中。

根据国际市场研究组织IMARC的数据，2017年全球过氧化氢市场规模为40亿美元，并且还在不断增长。

当前的生产方法依赖于大型化工厂，其中在反应循环中使用氢，大气中的氧气和蒽醌衍生物，这是昂贵的，需要高能量消耗并且不环保。

另一种方法是基于酸中氧气的电化学还原(氧气还原反应)，可以在环境条件下进行而无有害副产物。

但是，在酸中生产过氧化氢的最先进的催化剂仅限于贵金属，铂和钯。

使用过渡金属铁，镍和钴的其他尝试导致结构不稳定和性能不佳。

在发表于《自然通讯》上的这项研究中，研究人员通过用钴和氮掺杂碳纳米管以在基底上形成单原子催化剂来重建材料的表面，以稳定氮配位的金属中心。

在澳大利亚同步加速器上使用软X射线进行的实验有助于阐明并确认该结构如何促进产生过氧化氢所需的电化学反应。

高级仪器科学家Lars Thomsen博士说：“我们使用一种称为NEXAFS的技术，即近边缘X射线吸收精细结构光谱学，来研究各种感兴趣的元素(钴，碳和氧)的配位或氧化态。”和合著者。

环氧基团(其中单键将一个氧原子连接至两个相邻原子)而不是羟基与碳基质上氮配位的钴镍中心键合，这有助于材料的稳定性及其催化效率。

研究人员报告说，结构导致接近理想的结合能，使氧还原反应可以通过几乎完整的两电子转移途径进行。

重要的是，所研究的样品还显示出创纪录的过氧化氢生成，并且几乎超过了先前报道的所有催化剂材料。

汤姆森说：“最重要的考虑因素之一是提供良好的产量和环境效益的能力，以便看到工业的发展。”从事合成绿色钢生产方法的博士学位的汤姆森说。候选人。

除了解释环氧基团对过氧化氢生产的增强作用外，该研究还为稳定酸性燃料电池中单原子催化剂的性能提供了见识。

其他X射线实验是在美国的Advanced Photon Source进行的。

该研究由博士领导。来自UNSW的Rose Amal教授领导的粒子与催化研究实验室的候选人张庆然。其他合作者包括澳大利亚国立大学和CSIRO。