Замена катализатора сделала токсичное производство экологичным

Разбавленную водой перекись водорода используют для дезинфекции и заживления ран.

Еще ее широко применяют в промышленности в качестве экологически чистого окислителя для удаления примесей из полупроводников, обработки отходов и т.д.

Перекись водорода получают путем последовательной гидратации и окисления антрахинона. Однако этот процесс имеет два серьезных минуса: он довольно энергоемкий, а сам антрахинон весьма токсичен.

В качестве альтернативы технологи предложили прямой синтез перекиси водорода из водорода и кислорода с применением палладиевого катализатора. Однако коммерциализация этой технологии связана с трудностями, поскольку в процессе синтеза воды образуется больше, чем перекиси водорода — 60% к 40% соответственно.

И вот корейские ученые из Корейского института науки и техники и Корейского университета с помощью компьютерного моделирования разработали новый катализатор из сплава платины и золота. Он повышает эффективность синтеза до 95% (всего 5% воды).

Гомогенное смешивание платины и золота разработку легированного катализатора усложняет, однако ученым удалось успешно синтезировать наночастицы сплавов путем принудительного восстановления прекурсоров драгоценных металлов. Этот же метод позволяет контролировать количество частиц металла буквально поштучно.

Итак, перекись водорода можно производить без использования сложного оборудования, впрыскивая водород и кислород в водный раствор с использованием катализатора. В отличие от палладиевого предшественника новинка дает 95% эффективность даже при температуре 10 градусов по Цельсию и давлении в одну атмосферу. Кроме того, благодаря структурной стабильности катализатора реакция может длиться до 8 часов.

С помощью компьютерного моделирования ученые разработали четкую кристаллическую структуру наночастиц сплава платины и золота. И механизм каталитической реакции на атомном уровне анализировали на компьютерной модели, благодаря чему объяснили причину роста каталитических характеристик при получении перекиси водорода с увеличением содержания золота.

— Важно, чтобы новый катализатор обеспечивал экологически чистый процесс получения перекиси водорода, без ограничений для производственных площадок.

Его внедрение ускорит коммерциализацию прямого синтеза, а компьютерное моделирование поможет сократить время и стоимость разработки новых катализаторов, заключил Санг Су Хан из Корейского института науки и техники.

Результаты опубликованы в издании Acta Materialia.

16.02.2021