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新聞資訊

來源:加州大學圣地亞哥分校

研究人員開發過氧化氫生產方法的H細胞裝置

研究人員開發過氧化氫生產方法的H細胞裝置。圖片:加州大學圣地亞哥分校

一個研究小組已經開發出一種便攜式的、更環保的方法來生產過氧化氫。它可以使醫院能夠按需以較低的成本自行供應消毒劑。

這項工作由加州大學圣地亞哥分校、哥倫比亞大學、布魯克海文國家實驗室、卡爾加里大學和加州大學歐文分校合作完成,并在《自然通訊》雜志上發表了一篇論文。

雙氧水最近成了頭條新聞,因為美國各地的研究人員和醫療中心都在測試它在清除N95口罩污染以應對COVID-19大流行中出現的短缺方面的可行性。

雖然到目前為止的結果是有希望的,但一些研究人員擔心,這種化學品的保質期很短,可能會使這種去污努力付出高昂的代價。

主要的問題是過氧化氫不穩定,甚至在打開瓶子之前就開始分解成水和氧氣。一旦暴露在空氣或光線下,它就會分解得更快。

加州大學圣地亞哥分校納米工程教授Zheng Chen說:“你可能只有幾個月的時間才能使用它,因此你必須更頻繁地訂購批次,以保持新鮮的供應。”因為它分解得太快,運輸和儲存變得非常昂貴。”

Chen和他的同事開發了一種快速、簡單和廉價的方法,只需要一個小燒瓶、空氣、現成的電解液、催化劑和電就可以在家里產生過氧化氫。

“我們的目標是創造一種便攜式設備,可以簡單地插上電源,這樣醫院,甚至是家庭,都可以按需生產過氧化氫,”陳說不需要發貨,不需要儲存,也不急于在到期前全部使用。這樣可以節省高達50%至70%的成本。”

另一個優點是該方法比工業加工毒性小。

該方法基于化學反應,其中一個分子的氧氣與酸性電解質溶液中的兩個電子和兩個質子結合,生成過氧化氫。這種類型的反應稱為二電子氧還原反應,它方便用戶,因為它可以根據需要生產所需濃度的過氧化氫。加州大學圣地亞哥分;瘜W工程研究生Qiaowan Chang說:“下一步,我們將開發適用于其他電解質溶液的電催化劑,以進一步擴大其應用范圍。”

促使這種反應發生的關鍵是團隊開發的一種特殊催化劑。它由已部分氧化的碳納米管組成,這意味著氧原子已附著在表面上。氧原子與三到四個鈀原子的微小簇結合。鈀簇和氧原子之間的這些鍵使反應能夠以高選擇性和活性進行,這是由于其在反應過程中對關鍵中間體的最佳結合能。

哥倫比亞大學化學工程學教授Jingguang Chen說:“氧修飾鈀團簇與碳納米管上含氧官能團的配位是提高其催化性能的關鍵。”

該團隊最初開發了這種方法,以使電池回收過程更環保。過氧化氫是用于從廢舊鋰離子電池中提取和回收金屬(如銅,鎳,鈷和鎂)的化學物質之一。同樣,它也使烴分子的活化更有效,這是許多工業化學過程中的關鍵步驟。

“我們在這個項目上工作了大約一年半。當我們結束這一切的時候,COVID-19大流行爆發了?吹接嘘P使用雙氧水蒸汽消毒N95口罩以供再次使用的新聞報道,促使研究小組改變了方向。

他說:“我們看到,更迫切的需要努力幫助那些在護理新冠狀病毒患者時可能得不到充分保護的醫護人員。”

這項工作處于概念驗證階段。展望未來,該團隊將致力于優化和擴展該方法,以便在醫院中潛在使用。 Chen說,未來的研究包括修改該方法,以便可以使用中性電解質(基本上是鹽溶液)而不是酸性電解質來進行,這對于家庭和臨床應用將更好。目前,這項持續工作的一部分得到了加州大學圣地亞哥分校的可持續電力和能源中心的支持。

更多信息:Qiaowan Chang et al, Promoting H2O2 production via 2-electron oxygen reduction by coordinating partially oxidized Pd with defect carbon, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15843-3

期刊信息:《自然通訊》(Nature Communications

原文網址:https://phys.org/news/2020-05-green-method-enable-hospitals-hydrogen.html

聲明:本文由 Newfellow 編譯,中文內容僅供參考,一切內容以英文原版為準。


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