vom Institut für Öko-Umwelt- und Bodenwissenschaften, Guangdong Academy of Sciences
Ein Forschungsteam hat kürzlich eine nachhaltige und chemikalienfreie Strategie zur Erzeugung von Superoxid (O2•−) entwickelt, indem es wiederaufladbare kohlenstoffhaltige Superkondensatoren mit einer auf Redoxeinheiten basierenden O2-Aktivierung kombiniert. Diese Erkenntnisse haben das Potenzial, eine neue Strategie für die nachhaltige Sanierung natürlicher Wasser- und Bodenumgebungen zu liefern. Die Wissenschaftler gemeldet ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Natur Wasser.
Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ermöglichen eine effiziente oxidative Entfernung oder Entgiftung von Schadstoffen im Wasser. Traditionelle Ansätze zur ROS-Erzeugung, wie Fenton- oder Fenton-ähnliche Reaktionen, erfordern jedoch große Mengen an Chemikalien, was ihre praktische Anwendung einschränkt.
Die direkte Aktivierung von Sauerstoff (O2) zur Erzeugung von Superoxidradikalen (O2•−) und den daraus abgeleiteten ROS wird als mögliche umweltfreundliche Sanierungsstrategie angesehen. Da O2 direkt aus der Atmosphäre gewonnen werden kann, wird der Einsatz großer Mengen an Chemikalien vermieden. Die Ausbeute wird jedoch durch katalytische Materialien und Elektronendonatoren begrenzt.
Um die derzeitigen Einschränkungen zu überwinden, „schlagen wir eine neue Strategie zur Aktivierung von molekularem Sauerstoff auf der Basis wiederaufladbarer kohlenstoffhaltiger Superkondensatoren vor“, sagte Professor Fangbai Li vom Institut für Öko-, Umwelt- und Bodenwissenschaften der Guangdong Academy of Sciences, der das Forschungsteam leitete.
„Durch die Pyrolyse von Rinderknochenabfällen wurden hochporöse kohlenstoffhaltige Geo-Superkondensatoren entwickelt, die aus Makromolekülen bestehen, die mit reichlich vorhandenen Mineralien vernetzt sind.“
Das Forschungsteam hat herausgefunden, dass die entwickelten kohlenstoffhaltigen Geo-Superkondensatoren viele Kohlenstoffdefekte und redoxaktive Chinon-Einheiten enthalten, wodurch Elektronen effektiv auf O2 übertragen werden, um O2•−-Radikale zu bilden. Noch wichtiger ist, dass kohlenstoffhaltige Geo-Superkondensatoren eine ausgezeichnete Elektronen-Wiederaufladbarkeit und eine stabile Kapazität besitzen, was eine nachhaltige O2•−-Produktion ermöglicht.
Mit dieser Strategie wird eine oxidative Entgiftung und Umwandlung mehrerer Schadstoffe in verschiedenen Szenarien erreicht. Sie soll eine neue Strategie für die nachhaltige Sanierung natürlicher Wasser- und Bodenumgebungen darstellen.
Mehr Informationen:
Liping Fang et al., Wiederaufladbarer kohlenstoffhaltiger Geosuperkondensator zur nachhaltigen Erzeugung von Superoxiden und Schadstoffminderung, Natur Wasser (2024). DOI: 10.1038/s44221-024-00241-6
Zur Verfügung gestellt vom Institut für Öko-Umwelt- und Bodenwissenschaften, Guangdong Academy of Sciences