Direkte syntese af hydrogenperoxid med en platin-guld nanopartikelkatalysator

Hydrogenperoxid fortyndet i vand bruges som desinfektionsmiddel til behandling af sår. Det er meget udbredt i industrien som et miljøvenligt oxidationsmiddel til fjernelse af urenheder fra halvledere, til affaldsbehandling, og andre applikationer. I øjeblikket, det produceres hovedsageligt ved sekventiel hydrogenering og oxidation af anthraquinon (AQ). Imidlertid, denne proces er ikke kun energikrævende og kræver store faciliteter, men AQ er også giftig.

Som et alternativ til AQ-processen, forskere har foreslået direkte hydrogenperoxidsyntese fra brint (H ₂ ) og oxygen (O ₂ ) under anvendelse af en palladium (Pd) katalysator. Imidlertid, kommercialiseringen af ​​teknologien har været udfordrende, fordi mængden af ​​vand (H ₂ O) dannet er større end hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) under processen.

På Korea Institute of Science and Technology (KIST), et fælles forskerhold af Dr. Sang Soo Han og Dr. Donghun Kim (Computational Science Research Center), Dr. Seung Yong Lee (Material Architecture Research Center), og professor Kwan-Young Lee ved Korea University (Korea University, Præsident Jin Taek Chung) har udviklet en platin-guld legering katalysator til hydrogenperoxid produktion baseret på en computersimulering. Hydrogenperoxid-selektiviteten kan øges til 95% ved at bruge denne katalysator, sammenlignet med kun 30-40 % for en palladiumkatalysator, hvilket indikerer, at hydrogenperoxid kommer fra Pt-Au-katalysatoren med kun en lille mængde vand.

Selvom det er vanskeligt at blande Pt og Au homogent for at udvikle en legeret katalysator på grund af metallernes iboende ublandbarhed, forskerne har med succes syntetiseret nanopartikler i form af legeringer ved at tvangsreducere forstadier til Pt og Au. Også, ved hjælp af denne metode, indholdet af hver metalpartikel kunne kontrolleres ved at justere mængden af ​​forstadier til Pt og Au.

Hydrogenperoxid kan fremstilles overalt uden stort udstyr ved blot at sprøjte både brintgas og oxygengas ind i en vandig opløsning ved hjælp af den nye katalysator. I modsætning til Pd-katalysatoren, Pt-Au-katalysatoren kan producere brintoverilte op til 95% selv ved omgivelsestemperatur (10 grader C) og atmosfærisk tryk (1 atm). Ud over, en katalytisk reaktion kan opretholdes i mere end otte timer på grund af katalysatorens strukturelle stabilitet.

Forskerne etablerede klart krystalstrukturen af ​​Pt-Au legerede nanopartikler ved at udføre yderligere computersimuleringer, hvilket er svært at løse ved brug af generelle materialeanalyseteknikker. Sang Soo Han, leder af centeret på KIST, sagde, "Det er vigtigt, at de udviklede katalysatorer giver en miljøvenlig mulighed for produktion af hydrogenperoxid, som kan anvendes uden nogen begrænsning af produktionssteder. Derfor, kommercialisering af hydrogenperoxid direkte syntese ville blive stærkt fremskyndet ved at overvinde begrænsningen af ​​Pd-katalysatorer med den lave selektivitet. Tiden og omkostningerne til udvikling af nye katalysatorer, hovedsageligt udforsket gennem forsøg og fejl, kunne reduceres betydeligt gennem computersimuleringer."