Metallperoxid (MO2, M=Ca, Sr, Ba) ist eine Alternative zu Wasserstoffperoxid (H2O2). Es verfügt über ausgezeichnete oxidative Eigenschaften, hervorragende chemische Stabilität, hohe Reinheit und ist leicht zu lagern und zu transportieren. Es wird häufig in der Abwasseraufbereitung und -desinfektion eingesetzt.
Eine chinesische Forschungsgruppe hat eine neuartige selbstreinigende Elektrode entwickelt, indem sie eine Mikro-/Nanostruktur eines hochaktiven Katalysators mit entsprechender Oberflächenmodifikation konstruierte und so eine hochstabile Synthese von Erdalkali-MO2 erreichte. Ihre Studie ist veröffentlicht in Natur-Nanotechnologie.
Der aktuelle primäre Syntheseprozess von MO2 beinhaltet eine schnelle Zersetzung von H2O2, was zu einer unzureichenden Nutzung von H2O2 führt.
In dieser von Prof. Lu Zhiyi am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit Prof. Jia Jinping von der Shanghai Jiaotong University geleiteten Studie schlugen die Forscher einen elektrochemischen In-situ-Syntheseprozess vor um wirtschaftliche Verluste zu verringern und Explosionsrisiken durch den Transport und die Lagerung von H2O2 zu verringern.
Hochkonzentriertes H2O2, das durch elektrochemische Zwei-Elektronen-Sauerstoffreduktion (2e-ORR) erzeugt wird, kann auf der Elektrodenoberfläche effizient in MO2 umgewandelt werden. Allerdings kann eine starke Anhaftung von festem MO2-Produkt an der Elektrodenoberfläche das System direkt abschalten.
Um die Oberflächenadhäsion zu reduzieren, konstruierte die Forschungsgruppe eine Ni-dotierte sauerstoffhaltige Kohlenstoffelektrode mit Teflonbeschichtung (T-NiOC) sowie einer Mikro-/Nanostruktur und niedriger Oberflächenenergie. Dadurch wurde die Fest-Flüssigkeits-Kontaktfläche erheblich reduziert, was eine schnelle Ablösung des in situ erzeugten MO2 von der selbstreinigenden Elektrodenoberfläche erleichterte.
Die T-NiOC-Elektrode zeigte eine kumulierte Selektivität von ~99 % und eine Stabilität von mehr als 1.000 Stunden bei einer Stromdichte von 50 mA cm-2 für die elektrochemische Synthese von MO2, was ein breites Anwendungspotenzial demonstriert.
Im Vergleich zu H2O2 schnitt synthetisiertes CaO2 beim Tetracyclinabbau mit hydrodynamischer Kavitation (HC) besser ab.
Diese Arbeit könnte dazu beitragen, andere elektrochemische Festkörpersynthesereaktionen voranzutreiben und zu revolutionieren.
Weitere Informationen:
Selbstreinigende Elektrode für eine stabile Synthese von Erdalkalimetallperoxiden, Natur-Nanotechnologie (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01815-x