Rensning af luften:En reduktionsbaseret løsning på nitrogenforurening med en ny katalysator

Vores afhængighed af fossile brændstoffer som primær energikilde har skubbet luftforureningen til et rekordhøjt niveau, resulterer i flere miljø- og sundhedsproblemer. Blandt de vigtigste forurenende stoffer, nitrogenoxid (NO _x ) ophobning kan forårsage alvorlige luftvejssygdomme og ubalance i Jordens nitrogenkredsløb. Reducerer NEJ _x akkumulering er, derfor, et spørgsmål af yderste vigtighed.

For nylig, konverteringen af ​​NO _x til harmløse eller endda nyttige nitrogenprodukter er dukket op som en lovende strategi. Særligt tiltalende for forskere er reduktionen af ​​NO _x til hydroxylamin (NH ₂ Åh), som kan bruges som en vedvarende energikilde.

"Gør-eller-bryd"-trinnet, der bestemmer dannelsen af ​​hydroxylamin, er den katalytiske elektrokemiske reduktion af nitrogenoxid (NO), som enten kan give hydroxylamin eller dinitrogenoxid (N ₂ O), afhængig af elektrolyttens pH og elektrodepotentiale. Undersøgelser viser, at for at hydroxylamindannelse skal dominere over N ₂ O dannelse, meget sure elektrolytter med en pH mindre end 0 er påkrævet. Imidlertid, et sådant hårdt surt miljø nedbryder hurtigt katalysatoren, begrænse reaktionen. "Udviklingen af ​​en ny katalysator med høj aktivitet, selektivitet, og stabilitet er den næste udfordring, " siger prof. Chang Hyuck Choi fra Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) i Korea, hvor han arbejder med katalyse af elektrokemiske reaktioner.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , Prof. Choi og hans kolleger fra Korea og Frankrig undersøgte NO-reduktion i tilstedeværelsen af ​​en ny jern-nitrogen-doteret kulstof (Fe-N-C) katalysator lavet af isoleret FeN _x C _y dele bundet til et kulstofholdigt substrat. Katalysatoren blev valgt på grund af dens høje selektivitet for NH ₂ OH-vej samt dens modstandsdygtighed over for ekstremt sure forhold.

Holdet optrådte i operando (dvs. under reaktionen) spektroskopi og elektrokemisk analyse af katalysatoren for at bestemme dens katalytiske sted og pH-afhængigheden af ​​NH ₂ OH produktion.

De identificerede det aktive sted for katalysatoren som jernholdige dele bundet til kulstofsubstratet, hvor hastigheden af ​​NH ₂ OH-dannelse viste en ejendommelig stigning med faldende pH. Holdet tilskrev denne ejendommelighed til en usikker oxidationstilstand af NO. Endelig, de opnåede effektiv (71 %) NH ₂ OH-produktion i en prototypisk NO-H ₂ brændselscelle, etablering af katalysatorens praktiske anvendelighed. I øvrigt, de fandt ud af, at katalysatoren udviste langtidsstabilitet, viser ingen tegn på deaktivering, selv efter drift i over 50 timer!

Tilgangen reducerer ikke kun skadelige luftforurenende stoffer, men giver også et nyttigt biprodukt, der kan finde anvendelse til at indlede et vedvarende energisamfund. "Bortset fra anvendelserne af hydroxylamin i nylonindustrien, den kan også bruges som en alternativ brintbærer. Dermed, den nye katalysator hjælper ikke kun med at reducere mængden af ​​NO _x forurenende stoffer i vores atmosfære, men fører os også til en fremtid med vedvarende energi, " forklarer prof. Choi.

Vi kan trække vejret let ved at vide, at holdets resultater tager os et par skridt tættere på et forureningsfrit vedvarende energisamfund.