Forskere designer bifunktionel katalysator til at løse miljøforureningsproblemer

Et team af forskere fra Bohai University i Kina har designet og syntetiseret en bifunktionel katalysator, der kan løse miljøforurening forårsaget af sennepsgas og phenolforbindelser. De syntetiserede denne bifunktionelle katalysator, en ny tredimensionel polyoxovanadat-baseret metal-organisk ramme, under hydrotermiske forhold.

Deres arbejde er publiceret i tidsskriftet Polyoxometalates .

Holdets bifunktionelle katalysator viser tilfredsstillende katalytiske præstationer for selektiv oxidation af 2-chlorethylethylsulfid (CEES) til tilsvarende sulfoxid (CEESO) og fotonedbrydning mod phenol, CEES og m-cresol under synligt lys. En bifunktionel katalysator er en, der giver både sure og basiske katalytiske funktioner.

I de senere år har problemet med organiske farlige stoffer, der forårsager forurening, givet anledning til betydelig bekymring. Forskere har fokuseret deres arbejde på at udvikle rimelige metoder til at nedbryde disse organiske farlige stoffer. CEES, eller sennepsgas, er et kemisk krigsførelsesmiddel, der forårsager alvorlige hudsygdomme, stærk irritation af luftvejene og endda død.

Siden sennepsgas først blev brugt i Første Verdenskrig, har forskere søgt efter måder at afgifte dette kemiske krigsførelsesmiddel på. M-cresol er en organisk forbindelse, der udvindes af stenkulstjære og bruges til fremstilling af andre kemikalier, herunder pesticider. Det er ætsende for øjne, hud og luftveje.

Fenoliske forurenende stoffer forbliver ofte i forurenet spildevand, der strømmer fra industri-, landbrugs- og husholdningsarbejde. Når de først er kommet ind i vandsystemerne, kan phenoliske forurenende stoffer være meget skadelige for mennesker og miljøet. Disse forurenende stoffer kan være akut giftige, så de forårsager døden for dyr, fugle eller fisk.

De kan også hæmme væksten af ​​eller dræbe planter. Forskere har arbejdet på at designe ved syntese af nye bifunktionelle katalysatorer, der kan omdanne disse typer farlige forurenende stoffer til nedbrydningsmidler med lav toksicitet. Men indtil dette tidspunkt havde forskerne ikke med succes opnået fremstillingen af ​​højdimensionelle interpenetrerende metal-organiske rammer, der kan fungere som bifunktionelle katalysatorer, der er i stand til at oxidere CEES til CEESO og nedbryde phenoliske forbindelser under synligt lys.

Polyoxometalater (POM'er) er en slags uorganiske metaloxidklynger med forskellige arkitektoniske strukturer og attraktive egenskaber. På grund af deres brede vifte af strukturer og funktionaliteter er de en af ​​de mest nyttige klasser af uorganiske molekylære materialer. Inden for POM-familien har polyoxovanadater (POV'er) tiltrukket sig stigende opmærksomhed fra forskere på grund af deres forskellige strukturer og bemærkelsesværdige egenskaber.

Forskerne brugte en bis-pyridyl-bis-amid-ligand til at konstruere den nye POV-baserede metal-organiske ramme. De undersøgte derefter den 3D POV-baserede metalorganiske ramme ved hjælp af enkeltkrystal røntgendiffraktionsanalyse, IR-spektroskopi og pulverrøntgendiffraktion. "Det lange træk ved den amidbaserede ligand inducerer dannelsen af ​​den usædvanlige 2-fold interpenetrerende struktur," sagde Guo-Cheng Liu, lektor ved Bohai University.

Holdets bifunktionelle katalysator katalyserede med succes den selektive oxidation af giftige CEES til det tilsvarende sikrere sulfoxid i nærværelse af H₂ O₂ , eller hydrogenperoxid, som en miljøvenlig oxidant. Den fungerede under synligt lys med effektiv genanvendelighed og stabilitet. Den vellykkede konvertering var større end 99 procent, og selektiviteten var 97 procent.

Derudover viste den bifunktionelle katalysator fremragende fotokatalytisk nedbrydningsaktivitet mod phenol, CEES og m-cresol under synligt lys. Holdet opnåede med succes nedbrydningseffektivitet over 92,6 procent i 140 minutter.

De undersøgte også i detaljer den fotokatalytiske reaktionskinetik, mekanismerne for fotonedbrydning og phenols genanvendelsesevne. "Dette arbejde giver vigtig vejledning til udviklingen af ​​nye POVs-baserede bifunktionelle katalysatorer til dekontaminering i vand," sagde Liu.

Flere oplysninger: Shuang Li et al., Ny dobbelt gennemtrængende 3D polyoxovanadat-baseret metal-organisk ramme som bifunktionel katalysator til fjernelse af 2-chlorethylethylsulfid og phenolforbindelser, Polyoxometalater (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140061

Leveret af Tsinghua University Press