Onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen als primaire energiebron heeft de luchtvervuiling naar een recordhoogte gebracht, resulterend in verschillende milieu- en gezondheidsproblemen. Onder de belangrijkste verontreinigende stoffen, stikstofoxide (NO _x ) ophoping kan leiden tot ernstige aandoeningen van de luchtwegen en onbalans in de stikstofcyclus van de aarde. NEE verminderen _x accumulatie is, daarom, een kwestie van het grootste belang.

Onlangs, de conversie van NO _x in onschadelijke of zelfs bruikbare stikstofproducten is een veelbelovende strategie gebleken. Bijzonder aantrekkelijk voor wetenschappers is de reductie van NO _x naar hydroxylamine (NH ₂ OH), die kan worden gebruikt als een hernieuwbare energiebron.

De 'make-or-break'-stap die de vorming van hydroxylamine bepaalt, is de katalytische elektrochemische reductie van stikstofmonoxide (NO), die ofwel hydroxylamine of lachgas kan opleveren (N ₂ O), afhankelijk van de elektrolyt-pH en de elektrodepotentiaal. Studies tonen aan dat de vorming van hydroxylamine over N . domineert ₂ O formatie, zeer zure elektrolyten met een pH lager dan 0 zijn vereist. Echter, zo'n sterk zure omgeving degradeert de katalysator snel, de reactie beperken. "De ontwikkeling van een nieuwe katalysator met een hoge activiteit, selectiviteit, en stabiliteit is de volgende uitdaging, " zegt Prof. Chang Hyuck Choi van het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Korea, waar hij werkt aan de katalyse van elektrochemische reacties.

In een recente studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Prof. Choi en zijn collega's uit Korea en Frankrijk onderzochten NO-reductie in aanwezigheid van een nieuwe ijzer-stikstof gedoteerde koolstof (Fe-N-C) katalysator gemaakt van geïsoleerd FeN _x C _ja groepen gebonden aan een koolstofhoudend substraat. De katalysator werd gekozen vanwege zijn hoge selectiviteit voor de NH ₂ OH-route en zijn weerstand tegen extreem zure omstandigheden.

Het team trad op in operando (d.w.z. tijdens de reactie) spectroscopie en elektrochemische analyse van de katalysator om de katalytische plaats en de pH-afhankelijkheid van NH te bepalen ₂ OH productie.

Ze identificeerden de actieve plaats van de katalysator als de ferro-eenheden gebonden aan het koolstofsubstraat waar de snelheid van NH ₂ OH-vorming vertoonde een eigenaardige toename bij afnemende pH. Het team schreef deze eigenaardigheid toe aan een onzekere oxidatietoestand van NO. Eindelijk, ze behaalden efficiënt (71%) NH ₂ OH-productie in een prototypisch NO-H ₂ brandstofcel, het praktische nut van de katalysator vaststellen. Bovendien, ze ontdekten dat de katalysator stabiliteit op lange termijn vertoonde, geen tekenen van deactivering vertonen, zelfs niet na meer dan 50 uur gebruik!

De aanpak vermindert niet alleen schadelijke luchtverontreinigende stoffen, maar biedt ook een nuttig bijproduct dat kan worden gebruikt bij het inluiden van een samenleving op het gebied van hernieuwbare energie. "Afgezien van de toepassingen van hydroxylamine in de nylonindustrie, het kan ook worden gebruikt als een alternatieve waterstofdrager. Dus, de nieuwe katalysator helpt niet alleen de hoeveelheid NO . te verminderen _x vervuilende stoffen in onze atmosfeer, maar leiden ons ook naar een toekomst met hernieuwbare energie, "Prof. Choi legt uit.

We kunnen rustig ademhalen, wetende dat de bevindingen van het team ons een paar stappen dichter bij een samenleving van duurzame energie zonder vervuiling brengen.