Его производят в огромных количествах, но традиционный способ — антрахиноновый процесс — имеет серьезные недостатки: он требует много энергии, использует дорогие катализаторы из палладия и загрязняет окружающую среду. Ученые давно ищут более экологичный способ производства, и один из таких методов — электрохимическое восстановление кислорода с помощью дешевых углеродных катализаторов. Правда, у этого метода тоже есть свои проблемы: нужно закачивать чистый кислород, а сам процесс происходит в нестабильной среде, что делает его сложным для массового применения.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Группа корейских ученых под руководством доктора Чон Мин Кима из Корейского института науки и технологий (KIST) нашла способ обойти эти ограничения. Они разработали новый катализатор на основе углерода, который может эффективно работать даже в условиях низкой концентрации кислорода и в нейтральной среде. Это стало возможным благодаря созданию мезопористой структуры — углеродного материала с крошечными порами размером около 20 нанометров.

Как это работает? Ученые использовали углекислый газ (CO₂), борогидрид натрия (NaBH₄) и частицы карбоната кальция (CaCO₃), чтобы создать углеродный материал с порами. Затем они удали частицы карбоната кальция, оставив только пористую структуру. Эксперименты показали, что такая структура позволяет катализатору эффективно работать даже в нейтральной среде, где обычно реакции получения пероксида водорода идут плохо. Кроме того, поры помогают кислороду легко проникать в материал, что делает процесс еще более эффективным.

Команда провела тесты в условиях, близких к промышленным, и добилась впечатляющих результатов. Катализатор смог производить пероксид водорода с эффективностью более 80% при плотности тока 200 мА/см². Более того, им удалось получить раствор пероксида водорода с концентрацией 3,6%, что даже выше, чем требуется для медицинских целей (3%). Это открывает путь к коммерциализации технологии.

Доктор Чон Мин Ким из KIST подчеркнул:

Наш катализатор использует кислород из воздуха, которым мы дышим, и работает в нейтральной среде. Это делает его более практичным, чем традиционные методы, и ускорит внедрение технологии в промышленность.

Что важно в этом исследовании:

• Новый катализатор работает в нейтральной среде и при низкой концентрации кислорода.
• Он использует доступные материалы и не требует дорогих катализаторов.
• Процесс более экологичен и может быть легко масштабирован для промышленного производства.
• Ученые смогли получить раствор пероксида водорода с концентрацией, достаточной для медицинского применения.

Ранее ученые сообщили о катализаторах, которые удешевляют производство водорода.