澳大利亚核科技组织 信用:Pixabay/CC0公共域 由新南威尔士大学领导的澳大利亚研究人员利用澳大利亚同步加速器了解了先进催化材料的化学结构如何有助于其稳定性和效率
这种方法有可能以低成本、对环境危害小的方式生产过氧化氢(H2O2)
过氧化氢是一种重要的化学品，广泛应用于废水处理、消毒、纸张/纸浆漂白、半导体清洗、采矿和金属加工、燃料电池和化学合成等领域
根据一个国际市场研究小组，IMARC，全球过氧化氢市场的规模价值为4美元
并且还在增加
目前的生产方法依赖于大型化工厂，其中氢、大气氧和蒽醌衍生物用于反应循环，这是昂贵的，需要高能耗并且不环保
另一种方法是基于酸中氧的电化学还原(氧还原反应)，这可以在没有有害副产物的环境条件下进行
然而，用于在酸中生产过氧化氢的最新催化剂仅限于贵金属、铂和钯
使用过渡金属铁、镍和钴的其他尝试导致了不稳定的结构和差的性能
在这项发表在《自然通讯》上的研究中，研究人员通过在碳纳米管中掺杂钴和氮，在表面形成单原子催化剂，试图稳定氮配位的金属中心，从而重建了材料的表面
澳大利亚同步加速器的软x光实验有助于澄清和证实该结构如何促进产生过氧化氢所需的电化学反应
“我们使用了一种被称为NEXAFS的技术，即近边缘x光吸收精细结构光谱学，来观察各种感兴趣的元素——钴、碳和氧——的配位或氧化状态。”
拉斯·汤姆森，高级仪器科学家和合著者
环氧基团(单键将一个氧原子连接到两个相邻的原子上)而不是羟基与碳基底上氮配位的钴-镍中心的结合有助于材料的稳定性及其催化效率
研究人员报告说，这种结构导致接近理想的结合能，使氧还原反应通过几乎完全的双电子转移途径进行
重要的是，所研究的样品还显示出创纪录的过氧化氢产量，并且几乎超过了以前报道的所有催化剂材料
“最重要的考虑因素之一是提供良好产量和环境效益的能力，以便在工业中得到应用，”汤姆森说，他是一名从事绿色钢铁生产方法合成的博士
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考生
该研究不仅解释了环氧基团对过氧化氢生成的增强作用，还为稳定酸性燃料电池中单原子催化剂的性能提供了见解
其他的x光实验是在美国的高级光子源进行的
这项研究由博士领导
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UNSW大学粒子与催化研究室的张庆然教授
其他合作者包括澳大利亚国立大学和澳大利亚科学与工业研究组织
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