AdMaterials: создан катализатор для экологичного производства перекиси водорода

Исследователи из Корейского института науки и технологий создали новый высокоэффективный пористый катализатор для экологичного производства перекиси водорода (H₂O₂) в условиях низкой концентрации кислорода в воздухе и в нейтральной среде. Работа опубликована в журнале Advanced Materials (AdMaterials).

Перекись водорода входит в число ста наиболее востребованных промышленных химикатов в мире и широко используется в химической, медицинской и полупроводниковой промышленности.

В настоящее время ее получают в основном по антрахиноновому методу, который требует больших энергетических затрат, использования дорогих палладиевых катализаторов и приводит к загрязнению окружающей среды побочными продуктами. В последние годы внимание ученых привлек более экологичный метод получения перекиси водорода — электрохимическое восстановление кислорода с использованием углеродных катализаторов. Однако этот способ сталкивается с ограничениями из-за высокой стоимости чистого кислорода и нестабильности в щелочной среде.

Команда под руководством доктора Чон Мина Кима разработала катализатор на основе бор-допированного углерода с порами размером около 20 нанометров. Катализатор был получен путем реакции углекислого газа (CO₂), боргидрида натрия (NaBH₄) и частиц карбоната кальция (CaCO₃) с последующим выборочным удалением частиц карбоната кальция.

Эксперименты и расчеты показали, что изогнутая поверхность, сформированная порами, обеспечивает высокую каталитическую активность даже в нейтральной среде, где реакция образования перекиси водорода обычно затруднена. Анализ в реальном времени с использованием метода комбинационного рассеяния подтвердил, что структура с порами облегчает транспорт кислорода, поддерживая высокую эффективность катализа даже в воздухе с содержанием кислорода всего около 20%.

В ходе испытаний в реакторе для массового производства перекиси водорода новый катализатор продемонстрировал эффективность более 80% при промышленных условиях. Исследователи также смогли получить раствор перекиси водорода концентрацией 3,6%, что превышает уровень медицинской перекиси водорода (3%), открывая возможности для коммерческого применения технологии.