Gennembrud inden for luftrensning med en katalysator, der virker ved stuetemperatur

Forskere fra Tokyo Metropolitan University rapporterer, at en nyudviklet katalysator fremstillet af guldnanopartikler understøttet på en metaloxidramme viser nedbrydning af ammoniakforureninger i luft, med fremragende selektivitet til omdannelse til nitrogengas. Vigtigere, det er effektivt ved stuetemperatur, gør den velegnet til daglig luftrensningssystemer. Teamet har med succes identificeret mekanismen bag denne adfærd, baner vejen mod design af andre nye katalytiske materialer.

Ammoniak er et almindeligt industrikemikalie, bruges primært som råstof til gødning samt desinfektionsmidler i både husholdnings- og medicinske omgivelser. Det er også meget giftigt, når det er koncentreret; USA's Occupational Safety and Hazard Administration har en streng øvre grænse på 50 dele pr. million i indåndingsluft i gennemsnit over en otte timers arbejdsdag og fyrretimers arbejdsuge. I betragtning af dets brede industrielle anvendelse og tilstedeværelse i naturen, det er altafgørende, at effektive foranstaltninger er på plads for at fjerne uønsket ammoniak fra atmosfæren i hverdagens arbejds- og opholdsmiljøer.

Katalysatorer, som dem, der findes i bilens katalysatorer, kan hjælpe med at løse dette problem. I modsætning til filtre, der simpelthen fanger skadelige stoffer, katalytiske filtre kan hjælpe med at nedbryde ammoniak til harmløse produkter som nitrogengas og vand. Det er ikke kun mere sikkert, forhindrer ophobning af giftige kemikalier, det gør det også unødvendigt at udskifte dem regelmæssigt. Imidlertid, almindelige eksisterende katalysatorer for ammoniak fungerer kun ved temperaturer på over 200 grader Celsius, gør dem ineffektive såvel som uanvendelige i husholdningsindstillinger.

Nu, et team ledet af projektprofessor Toru Murayama fra Tokyo Metropolitan University har designet et katalytisk filter, der kan fungere ved stuetemperatur. Bestående af guldnanopartikler, der sidder fast på en ramme af niobiumoxid, det nydesignede filter er yderst selektivt i, hvad det omdanner ammoniak til, med næsten al omdannelse til harmløs nitrogengas og vand og ingen nitrogenoxidbiprodukter. Dette er kendt som selektiv katalytisk oxidation (SCO). De samarbejdede med industrielle partnere fra NBC Meshtec Inc. for at producere en fungerende prototype; filteret er allerede blevet påført for at reducere gasser, der er forurenet med ammoniak, til uopdagelige niveauer.

Vigtigere, teamet afdækkede også med succes den mekanisme, hvormed materialet fungerer. De viste, at guld nanopartikler spiller en vigtig rolle, med øget belastning, der fører til øget katalytisk aktivitet; de fandt også, at valget af rammer var ekstremt vigtigt, viser eksperimentelt, at kemiske steder kendt som Brønsted -syrepladser på niobiumoxid -rygraden spillede en vigtig rolle for, hvor selektivt materialet var. Teamet håber, at generelle designprincipper som dette kan finde anvendelse på skabelse og ændring af andre katalytiske materialer, udvide deres voksende anvendelsesområde.