近日,天津大学对表颁发,该校资料与工程学院梁骥教授团队通过怪异的层间氢键设计,成功开发出一种高机能电催化剂,实现了绿色过氧化氢的高效合成,且有望实现“即产即用”。有关钻研颁发于期刊《天然·通讯》。
过氧化氢作为沉要的氧化剂和消毒剂,宽泛利用于化工、医疗和环保领域,2024年全球需要量高达600万吨。然而,目前95%的过氧化氢依赖高能耗的蒽醌法出产,不仅存在安全隐患,还会造成环境传染?⒙躺⒏咝А⒖沙中墓趸夂铣刹街枋强蒲Ы绾凸ひ到绲墓餐副。其中,电化学合成技术能直接利用氧气和水天生过氧化氢,可在常温常压下出产,有望实现过氧化氢“即产即用”的梦想指标。但持久以来,催化剂在中性和碱性环境中活性低、选择性差、不变性不及,造约了该技术的现实利用。
为解决上述难题,梁骥团队研发了一种镍基金属有机框架资料。该资料拥有怪异的层状结构,使镍活性中心与相邻层的氨基基团形成“层间氢键”。该效应犹如一把“分子钥匙”,使该资料对于电合成过氧化氢的催化能力精准匹配理论最优值,既保障了反映活性,又大幅抑造了副反映产生。与传统催化剂依赖金属中心电子结构调控分歧,钻研团队通过设计资料的分子堆积方式,利用氢键等非共价键作使劲,实现了对催化反映的精准调控。这种“非配位结构调控”战术为新型电催化资料的研发提供了崭新的思路,将来可拓展利用于更多化学反映系统。
测试批注,在中性和碱性环境中,该催化剂造备过氧化氢的产率远超同类产品。在人为海水中,该催化剂造得的过氧化氢质量浓度可急剧堆集到1%,而在碱性溶液中则可急剧堆集到3%,均达到了传染物降解、杀菌等需要的实用尺度。例如,利用该资料在生理盐水中造备过氧化氢仅30分钟后即可对大肠杆菌等致病菌实现100%的杀灭率,并对毒性有机染料实现急剧降解。
这种新型催化剂,不仅有望破解传统出产工艺高能耗、高传染难题,还在中性和碱性环境以及复杂水质中展示出优良的合用性。目前,钻研团队在优化造备工艺,推动技术从尝试室走向工业化出产线,力争早日实现对传统高传染工艺的代替,助力绿色化工指标实现。
