Waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ) wordt gebruikt om kleine snijwonden thuis te desinfecteren en voor oxidatieve reacties in industriële productie. Nutsvoorzieningen, de pandemie heeft de vraag naar deze chemische stof en zijn antiseptische eigenschappen verder aangewakkerd. Hoewel betaalbaar in de supermarkt, H ₂ O ₂ is eigenlijk moeilijk en duur om op grote schaal te produceren.

Een team onder leiding van Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois heeft een efficiëntere en milieuvriendelijkere methode aangetoond om H . te produceren ₂ O ₂ , volgens een recente studie gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"Hoewel de twee ingrediënten - waterstof en zuurstof - goedkoop of vrij verkrijgbaar zijn uit de atmosfeer, waterstofperoxide is zeer reactief en onstabiel, waardoor het erg moeilijk is om te produceren, " zei eerste auteur Tomas Ricciardulli, een afgestudeerde student in chemische en biomoleculaire engineering aan de UIUC.

Momenteel, H . produceren ₂ O ₂ vereist een ingewikkelde, meerstapsproces en grote faciliteiten. meer, deze traditionele methode is gebaseerd op een tussenproduct (antrachinon) dat is afgeleid van fossiele brandstoffen.

Decennia geleden, onderzoekers stelden een eenvoudiger, goedkoper, en een 'groenere' alternatieve methode in één stap waarbij een katalysator (palladium-gouden nanodeeltjes) in plaats daarvan de reactie aanstuurt. Bonus:de katalysator kan worden gerecycled om steeds opnieuw waterstofperoxide te produceren.

"Echter, waterstof en zuurstof vormen ook water, en het was bekend dat deze voorgestelde 'directe synthese'-methode 80 procent water en slechts 20 procent waterstofperoxide synthetiseerde, " zei hoofdauteur David Flaherty, een professor in chemische en biomoleculaire engineering aan de UIUC. "Wetenschappers hebben fel gedebatteerd over de rangschikking van palladium- en goudatomen die nodig zijn in nanodeeltjes om de selectiviteit voor waterstofperoxide te vergroten en waarom dit werkt."

Een hogere verhouding van goud- tot palladiumatomen in de katalysator produceert meer H ₂ O ₂ en minder water. De onderzoekers ontdekten dat een katalysator met een verhouding van één palladium tot 220 goudatomen bijna 100 procent waterstofperoxide genereert, dat is ongeveer het punt van afnemende meeropbrengsten.

aanzienlijk, de katalysatoren geven stabiele prestaties gedurende vele dagen van gebruik, continu deze opmerkelijke selectiviteiten te bereiken voor H ₂ O ₂ , en doe dit met schoon water als oplosmiddel, waardoor de problematische en corrosieve additieven die vaak voor deze chemie worden gebruikt, worden vermeden.

De organisatie van deze atomen in de katalysator telt ook:palladiumatomen die elkaar raken, bevorderen de vorming van water, terwijl palladiumatomen omgeven door goud de voorkeur geven aan H ₂ O ₂ vorming.

Bovendien, ze ontdekten dat de invloed zich uitstrekt van de eerste ring van naburige atomen die het palladiumatoom omringen tot de tweede laag atomen, belde de volgende dichtstbijzijnde buren. meer H ₂ O ₂ wordt gesynthetiseerd wanneer zowel de buren van een bepaald palladiumatoom als de volgende dichtstbijzijnde buren allemaal goud zijn.

"We hebben laten zien hoe we een zeer efficiënte en selectieve katalysator kunnen maken, " zei Flaherty, die ook een Dow Chemical Company Faculty Scholar is. "Hoewel veelbelovend, er zijn nog obstakels te overwinnen om deze methode commercieel toe te passen."

De onderzoeksgroep Flaherty streeft naar de ontwikkeling van nanodeeltjeskatalysatoren met nieuwe samenstellingen en reactoren om hybride chemisch-elektrochemische methoden voor deze reactie mogelijk te maken. "Ons uiteindelijke doel is om haalbare technologie te ontwikkelen voor gedistribueerde productie van H ₂ O ₂ wat deuren zou openen voor veel duurzame alternatieven voor traditionele chemische processen."

De onderzoekers verwachten ook dat hun activiteiten andere belangrijke wetenschappelijke concepten zullen onthullen om de chemische productie te elektrificeren.