Атомная настройка на кобальте позволяет в восемь раз увеличить производство экологически чистого H2O2

Модулирование единичных атомов кобальта способствует развитию недорогого, эффективного и экологически чистого электрохимического производства H2O2, которое потенциально может принести пользу полупроводниковой и медицинской промышленности.

Подобно тому, как мы принимаем душ, чтобы смыть всю грязь и другие частицы, полупроводники также требуют процесса очистки. Тем не менее, очистка происходит жестко, чтобы даже следы загрязняющих веществ «не оставляли следов». После того, как все материалы для изготовления стружки нанесены на кремниевую пластину, проводится строгий процесс очистки для удаления остаточных частиц. Если этот этап очистки высокой чистоты и удаления частиц пойдет не так, то, скорее всего, от этого пострадают электрические соединения в чипе. С постоянно появляющимися на рынке миниатюрными гаджетами стандарты чистоты в электронной промышленности достигают экстремального уровня.

Это объясняет, почему перекись водорода (H2O2), основное химическое вещество для очистки электроники, является одним из самых ценных химических исходных материалов, которые лежат в основе производства чипов. Несмотря на постоянно растущее значение H2O2, его производство остается энергоемким и многоступенчатым методом, известным как антрахиноновый процесс. Это экологически неблагоприятный процесс, включающий этап гидрирования с использованием дорогостоящих палладиевых катализаторов.

В качестве альтернативы H2O2 можно синтезировать непосредственно из H2 и O2 газа, хотя реакционная способность все еще очень низкая и требует высокого давления. Другим экологически чистым методом является электрохимическое уменьшение кислорода до H2O2 по 2-электронному пути. Недавно были продемонстрированы электрокатализаторы на основе благородных металлов, которые демонстрируют производительность H2O2, хотя такие дорогостоящие инвестиции показали низкую отдачу, которая не отвечает потребностям масштабируемой промышленности.

Атомная настройка уровня катализатора Co-N4/графена

Исследователи из Центра по исследованию наночастиц (под руководством директора Тэхвань Хиена и заместителя директора Юн Ын СУНГ) Института фундаментальных наук (IBS) в сотрудничестве с профессором Чон Сук ЁО из Сеульского университета недавно сообщили об окончательном электрокатализаторе, в котором рассматриваются все вопросы, которые мешают производству H2O2. Этот новый катализатор, состоящий из оптимальных молекул Co-N4, входящих в состав графена, легированного азотом, Co1-NG(O), обладает рекордно высокой электрокаталитической реакционной способностью, производя до 8 раз больше H2O2, который может быть получен из довольно дорогих электрокатализаторов на основе благородных металлов. Синтезированные катализаторы полностью состоят по меньшей мере в 2000 раз из менее дорогих элементов (Co, N, C и O), чем обычные палладиевые катализаторы, и являются исключительно стабильными без потери активности в течение 110 часов производства H2O2.

Обычно с участием различных фаз катализаторов (как правило, твердых) и реактивов (газов), гетерогенные катализаторы широко используются во многих важных промышленных процессах. Тем не менее, считалось, что их каталитическое свойство контролируется только изменением составляющих элементов. Исследователи подтвердили, что они могут индуцировать специфическое взаимодействие на гетерогенных катализаторах путем точной настройки локальных атомных конфигураций элементов, как это видно на ферментных катализаторах.

Директор Хён, автор-корреспондент, отмечает: «В данном исследовании успешно продемонстрирована возможность управления каталитическим свойством путём настройки атомных составов. Этот вывод может приблизить нас к открытию фундаментальных свойств каталитической активности».

Источник

Метки: H2O2, кобальт