Katalytische oxidatie bij kamertemperatuur is een efficiënte manier om formaldehyde (HCHO) om te zetten in onschadelijk CO ₂ door gebruik te maken van reactieve zuurstofspecies (ROS) op het oppervlak van nanokatalysatoren van edelmetaal.

Echter, de hoge kosten van edele metalen belemmeren de grootschalige toepassing van HCHO-zuivering binnenshuis. In aanvulling, de katalytische omzetting bij kamertemperatuur van HCHO ten opzichte van conventionele overgangsmetaaloxiden wordt beperkt door hun beperkte vermogen om ROS te genereren.

Een onderzoek onder leiding van prof. Huang Yu van het Institute of Earth Environment van de Chinese Academy of Sciences leverde nieuwe inzichten op in de zuivering van HCHO binnenshuis met behulp van nanokatalysatoren van overgangsmetaal met een vergelijkbare efficiëntie als edele metalen.

De onderzoekers hebben eerder gerapporteerd dat de Co-nanodeeltjes ingekapseld in met stikstof gedoteerde koolstof met 85% HCHO-verwijderingsefficiëntie bij kamertemperatuur. Echter, het grootte-effect van Co-deeltjes op HCHO-oxidatie, en de interactie tussen Co-kern en de koolstoflaag, en de promotie naar NO ₂ adsorptie en activatie bleef onduidelijk.

In dit onderzoek, ze maakten een reeks N-gedoteerde koolstof-omhulde metalen Co (Co@NC-x) nanokatalysatoren om het effect van de Co-deeltjesgrootte op HCHO-oxidatie te onderzoeken.

De kleine en sterk verspreide Co-nanodeeltjes werden gevormd in [email protected], die een HCHO-verwijderingsefficiëntie van meer dan 90% vertoonde en de hoogste specifieke katalytische activiteit bezat, wat het vitale belang impliceert van de grootte van Co-deeltjes opgesloten in koolstof voor zijn reactiviteit.

De optimale Co-deeltjesgrootte zorgde voor een effectieve overdracht van elektronen van de metalen kern naar het buitenste koolstofoppervlak, en dus leidend tot de verhoogde zuurstofactivering. Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie toonden een duidelijke ladingsoverdracht aan die plaatsvond van de metallische Co-kern naar de koolstoflaag.

Bovendien, de lengte van de O-O-binding was langwerpig. Deze resultaten onthulden dat de speciale Co@NC-structuur een elektronenrijk koolstofoppervlak zou kunnen leveren, faciliterenNEE ₂ activering en HCHO-conversie.

De geoptimaliseerde grootte van Co-nanodeeltjes en de speciale metal@NC-structuur zorgden voor een optimaal gebruik van actieve soorten en effectieve zuurstofactivering.