Forskere viser en bedre, mere miljøvenlig metode til at fremstille brintoverilte

Hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) bruges til at desinficere mindre snit i hjemmet og til oxidative reaktioner i industriel fremstilling. Nu, pandemien har yderligere fremmet efterspørgslen efter dette kemikalie og dets antiseptiske egenskaber. Mens det er overkommeligt i købmanden, H ₂ O ₂ er faktisk vanskelig og dyr at fremstille i skala.

Et team ledet af University of Illinois Urbana-Champaign har demonstreret en mere effektiv og miljøvenlig metode til at fremstille H ₂ O ₂ , ifølge en nylig undersøgelse offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

"Mens de to ingredienser - brint og oxygen - enten er billige eller frit tilgængelige fra atmosfæren, hydrogenperoxid er meget reaktivt og ustabilt, hvilket gør det meget svært at producere, " sagde førsteforfatter Tomas Ricciardulli, en kandidatstuderende i kemi- og biomolekylær ingeniørvidenskab ved UIUC.

I øjeblikket, producerer H ₂ O ₂ kræver en kompliceret, flertrinsproces og store faciliteter. Moreso, denne traditionelle metode er afhængig af et mellemliggende kemikalie (antraquinon), der er afledt af fossile brændstoffer.

For årtier siden, forskere foreslog en enklere, billigere, og 'grønnere' alternativ metode i et trin, hvor en katalysator (palladium-guld nanopartikler) driver reaktionen i stedet. Bonus:Katalysatoren kan genbruges for at producere hydrogenperoxid igen og igen.

"Imidlertid, brint og ilt danner også vand, og denne foreslåede 'direkte syntese'-metode var kendt for at syntetisere 80 procent vand og kun 20 procent hydrogenperoxid, " sagde hovedforfatter David Flaherty, professor i kemi- og biomolekylær ingeniørvidenskab ved UIUC. "Forskere har heftigt diskuteret arrangementet af palladium- og guldatomer, der er nødvendige i nanopartikler for at øge selektiviteten for hydrogenperoxid, og hvorfor dette virker."

Et højere forhold mellem guld og palladium atomer i katalysatoren producerer mere H ₂ O ₂ og mindre vand. Forskerne fandt ud af, at en katalysator med et forhold på et palladium til 220 guldatomer genererer næsten 100 procent hydrogenperoxid, hvilket handler om et fald i afkastet.

Væsentligt, katalysatorerne giver stabil ydeevne over mange dages brug, kontinuerligt opnå disse bemærkelsesværdige selektiviteter til H ₂ O ₂ , og gør det ved at bruge rent vand som opløsningsmiddel, som undgår de problematiske og ætsende tilsætningsstoffer, der ofte bruges til denne kemi.

Organiseringen af ​​disse atomer i katalysatoren tæller også:palladiumatomer, der rører hinanden, fremmer vanddannelse, mens palladiumatomer omgivet af guld favoriserer H ₂ O ₂ dannelse.

Hvad mere er, de opdagede, at indflydelsen strækker sig fra den første ring af naboatomer, der omgiver palladiumatomet, til det andet lag af atomer, ringede til de nærmeste naboer. mere H ₂ O ₂ syntetiseres, når både et givet palladiumatoms naboer og de nærmeste naboer alle er guld.

"Vi demonstrerede, hvordan man skaber en meget effektiv og selektiv katalysator, " sagde Flaherty, som også er en Dow Chemical Company Faculty Scholar. "Mens du lover, der er stadig forhindringer at overvinde for at anvende denne metode kommercielt."

Flaherty-forskningsgruppen forfølger udviklingen af ​​nanopartikelkatalysatorer med nye sammensætninger og reaktorer for at muliggøre hybride kemisk-elektrokemiske metoder til denne reaktion. "Vores ultimative mål er at udvikle gennemførlig teknologi til distribueret produktion af H ₂ O ₂ som ville åbne døre for mange bæredygtige alternativer til traditionelle kemiske processer."

Forskerne forventer også, at deres aktiviteter vil afsløre andre centrale videnskabelige koncepter til at elektrificere kemisk fremstilling undervejs.