Chloor is tegenwoordig een van de meest gebruikte industriële chemicaliën ter wereld, met jaarlijks 75 miljoen ton geproduceerd. Een team van onderzoekers, aangesloten bij UNIST heeft onlangs een manier gevonden om de productie van chloor efficiënter en betaalbaarder te maken. Dit zal naar verwachting een grote hulp zijn voor chloorgerelateerde industrieën.

Een gezamenlijk onderzoeksteam, onder leiding van professor Sang Hoon Joo en professor Sang Kyu Kwak in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST heeft een nieuwe katalysator (Pt1/CNT) voor elektrochemische chloorproductie onthuld.

De bestaande elektrochemische katalysatoren voor het genereren van chloor bevatten een grote hoeveelheid edelmetalen, zoals ruthenium (Ru) en iridium (Ir), zijn dus duur en niet erg efficiënt in termen van productie. Aanvullend, in de toestand van een lage chloorconcentratie en een pH-neutrale omgeving, zuurstof wordt gegenereerd naast chloor, en dit vermindert de algehele efficiëntie van de chloorproductie. Het onderzoeksteam ontwikkelde een niet-metaaloxide op basis van de conclusie dat dergelijke nadelen zijn geworteld in de intrinsieke eigenschappen van op metaaloxide gebaseerde katalysatoren.

De nieuw ontwikkelde katalysator (Pt1/CNT) is een mono-atomaire dispersiekatalysator waarin platina (Pt)-atomen die zijn omgeven door vier stikstof (N)-atomen, zijn gedispergeerd op koolstofnanobuisjes (CNT). Omdat de katalysator volledig is blootgesteld aan het oppervlak van de metaalatomen (Pt), het heeft een hoog rendement en betere prestaties dan de bestaande commerciële DSA-katalysatoren onder verschillende elektrolytomstandigheden, zelfs met het kleine bedrag. In aanvulling, het bevatte hoge chloorionen, zoals zeewater, of vice versa. Het kan in de toekomst worden toegepast op elektrochemische waterbehandelingsapparatuur.

"Er is bevestigd dat alleen chloorionen selectief werden geadsorbeerd op de actieve plaatsen van Pt1/CNT, terwijl andere aanvullende reacties werden onderdrukt, ", zegt Taejung Lim van de afdeling Chemische Technologie van UNIST, de eerste auteur van de studie. "Dit zal dienen als een nieuwe katalysator, die het fundamentele nadeel van de bestaande metaaloxidekatalysatoren overwint."

In de studie, Professor Kwak en Dr. Gwan Yeong Jung pasten hun experimentele gegevens toe op de theoretische berekeningen om de structuur van actieve plaatsen en het principe van elektrochemische reacties te onderzoeken. Ze ontdekten dat de verbeterde structurele integriteit tussen de actieve plaatsen en koolstofnanobuisjes resulteert in een soepelere elektronentransmissie en een duidelijke verbetering van de katalytische prestaties.

"Door moleculaire modellering en dichtheidsfunctionele berekeningen, we hebben de centrale structuur van actieve sites in Pt1/CNT geïdentificeerd, ", zegt professor Kwak. "Dit rekenprincipe zal naar verwachting in de toekomst bijdragen aan de interpretatie van de reactiviteit en reactieprincipes van verschillende monoatomaire katalysatoren."

"De monoatomaire katalysator die deze keer is ontwikkeld, is een nieuw katalysatorontwerpconcept dat het paradigma van de edelmetaaloxidekatalysator die 50 jaar geleden op de markt werd gebracht verandert, " zegt professor Joo. "In het bijzonder, de nieuwe katalysator wordt niet beïnvloed door de samenstelling van de elektrolyt, dus zal naar verwachting worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals middelgrote en kleinschalige waterbehandeling, evenals ballastwaterbehandeling."