Ученые разгадали механизм работы «катализа против коррозии»

Ученые из Университета Питтсбурга, Университета Дрекселя в Филадельфии и Брукхейвенской национальной лаборатории совместно работают над решением сложной задачи, направленной на создание более экологически чистых методов дезинфекции воды.

Технологии электрохимического производства озона (EOP) для очистки загрязненной воды могут в будущем заменить использование хлора, которое применяется сегодня в централизованных системах обработки воды, будь то в современных городах или удаленных деревнях. Однако мало известно о молекулярном уровне функционирования ЭОП и о том, как эффективными, экономически выгодными и устойчивыми могут быть технологии, обеспечивающие их работу.

Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Catalysis. Работу вели главный автор, аспирант из Дрексельского университета Райан Алауфей, а также исследователи из этого университета, включая соавтора Морин Танга, аспиранта Тану Сибунруанг и доцента Эзру Вуда, а также ученых из Питтсбургского университета и Брукхейвенской национальной лаборатории.

Понимание работы катализаторов EOP имеет важное значение для разработки одного из самых перспективных и наименее токсичных катализаторов EOP на сегодняшний день: оксида олова, легированного никелем и сурьмой (Ni/Sb–SnO2, или NATO).

Загадка заключается в том, какая роль каждого атома в катализаторе НАТО способствует процессу ЭОП. Вопрос состоит в том, образуется ли озон каталитически, как предполагается, или он образуется из-за разложения катализатора, требуя дальнейших исследований для создания более устойчивых катализаторов НАТО.

Исследователи пришли к выводу, что это, вероятно, сочетание обоих факторов.

С помощью экспериментального анализа, масс-спектрометрии и компьютерного моделирования они создали "сюжетную линию атомного масштаба", объясняющую, как озон генерируется на электрокатализаторах НАТО. Впервые было установлено, что часть никеля из катализатора НАТО, скорее всего, растворяется из электродов, и эти атомы никеля, находящиеся в растворе рядом с катализатором, могут способствовать химическим реакциям, приводящим к образованию озона.

Чтобы создать более эффективный электрокатализатор, нам нужно понимать, какие компоненты работают, а какие — нет. Факторы, такие как растворение ионов металлов, коррозия и реакции в растворе, могут создать иллюзию работы катализатора в одном направлении, в то время как на самом деле он работает в другом.