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“缺前田kaori陷”碳简化了过氧化氢的生产

化学 2022-07-21 00:02:33

莱斯大学的迈克·威廉姆斯 莱斯大学的科学家引入了等离子体处理的炭黑,作为生产过氧化氢的简单高效的催化剂

碳中产生的缺陷提供了更多的催化位点来将氧还原成过氧化氢

学分:旅游团/雅科布森课题组/莱斯大学 莱斯大学的研究人员创造了一种“有缺陷”的催化剂,可以简化氧气生成过氧化氢的过程

水稻科学家用氧等离子体处理无金属炭黑,这是一种廉价的粉末石油产品

该过程将缺陷和含氧基团引入碳颗粒的结构中,暴露出更多的表面区域用于相互作用

当用作催化剂时,被称为CB等离子体的缺陷粒子以100%法拉第效率将氧还原成过氧化氢,法拉第效率是电化学反应中电荷转移的一种度量

据研究人员称,该工艺有望取代复杂的基于蒽醌的生产方法,这种方法需要昂贵的催化剂,并产生有毒的有机副产物和大量废水

莱斯化学家詹姆斯·图尔和材料理论家鲍里斯·雅科布森的这项研究发表在美国化学学会杂志《催化》上

过氧化氢被广泛用作消毒剂、废水处理、造纸和纸浆工业以及化学氧化

图尔预计新的工艺将影响过氧化氢催化剂的设计

透射电子显微镜图像显示了用等离子体处理后碳黑颗粒的细节

莱斯大学的科学家称,氧等离子体导致的碳晶格缺陷增强了这种材料催化过氧化氢生成的能力

学分:旅游团/雅科布森课题组/莱斯大学 “这里概述的电化学过程不需要金属催化剂,这将降低成本,使整个过程更加简单,”图尔说

“适当的碳结构工程可以提供合适的活性位点,减少氧分子,同时保持氧氧键,因此过氧化氢是唯一的产物

除此之外,无金属设计有助于防止过氧化氢的分解

" 等离子体处理在碳黑颗粒中产生缺陷,这些颗粒在材料的原子晶格中表现为五元或七元环

这个过程有时会移除足够多的原子,在晶格中产生空位

该催化剂的工作原理是从氧气中提取两个电子,使其与两个氢电子结合产生过氧化氢

(燃料电池中使用的一个过程是用四个电子还原氧,产生副产品水

) 雅科布森说:“对过氧化物的选择性而不是对水的选择性并不是源于炭黑本身,而是(合著者和赖斯的研究生)秦的计算表明,源于等离子体处理产生的特定缺陷。”

“这些催化缺陷位点有利于形成过氧化物的关键中间体的结合,降低了反应障碍,加速了理想的结果

" 图尔的实验室还用紫外线-臭氧处理炭黑,用氩气还原氧后处理炭黑-等离子体,以去除大部分含氧基团

实验室报告称,炭黑紫外催化效果并不比普通炭黑好,但炭黑氩的催化效果与炭黑等离子体一样好,电化学电位范围更广

莱斯大学的科学家揭示了一种新的催化剂,等离子体处理的炭黑,可以将氧气还原成有价值的过氧化氢

这一过程给碳材料的原子蜂窝带来了缺陷,为反应提供了更多的表面积

荣誉:由旅行团/雅科布森研究小组提供 因为在高温下将碳-碳等离子体暴露于氩气中去除了大部分氧基团,实验室推断碳缺陷本身是催化还原为过氧化氢的原因

该工艺的简单性可以让更多有价值的化学物质在当地产生,减少从集中工厂运输的需要

图尔指出,CB等离子体与现在用于产生过氧化氢的最先进材料的效率相当

图尔说:“扩大这一过程比目前的方法容易得多,而且非常简单,即使是很小的装置也可以在需要的地方用来生产过氧化氢。”

这是莱斯近几个月来第二次引入该工艺,以提高过氧化氢的生产效率

莱斯化学和生物分子工程师王浩天和他的实验室开发了一种基于氧化碳纳米粒子的催化剂,可以从阳光、空气和水中产生化学物质

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