Meie sõltuvus fossiilkütustest on viinud õhusaaste ajaloo kõrgeimale tasemele ning põhjustanud mõningaid keskkonna- ja terviseprobleeme. Peamiste saasteainete hulgas võib lämmastikoksiidide (NOx) kogunemine põhjustada tõsiseid hingamisteede haigusi ja tasakaalustamatust maa lämmastikutsüklis. Seetõttu on lämmastikoksiidide kogunemise vähendamine äärmiselt oluline küsimus.
Hiljuti on lämmastikoksiidide muutmine kahjututeks ja isegi kasulikeks lämmastikutoodeteks muutunud paljutõotavaks strateegiaks. Teadlaste jaoks on eriti atraktiivne NOx vähendamine hüdroksülakiiniks (NH2OH), mida saab kasutada taastuva energiaallikana.
Uus rauakatalüsaator võib aidata eelistatavalt vähendada lämmastikoksiidi hüdroksülamiiniks, avades ukse saastekontrollile ja puhtale energiale.
"Edu või ebaõnnestumise" etapp, mis määrab hüdroksülamiini tootmise, on lämmastikoksiidi (NO) katalüütiline elektrokeemiline redutseerimine, mis võib tekitada hüdroksülamiini või dilämmastikoksiidi (N2O) vastavalt elektrolüüdi pH väärtusele ja elektroodipotentsiaalile. Uuringud on näidanud, et hüdroksülamiini tootmine on domineerivam kui N2O tootmine ning vaja on happelist elektrolüüti, mille pH on alla 0. Selline happeline keskkond lagundab aga katalüsaatori kiiresti ja piirab reaktsiooni kulgu. Lõuna-Korea Gwangju Teaduse ja Tehnoloogia Instituudi (GIST) professor Chang Hyuck Choi ütles, et järgmiseks väljakutseks on uue, kõrge aktiivsuse, selektiivsuse ja stabiilsusega katalüsaatori väljatöötamine. Tema töö on elektrokeemiliste reaktsioonide katalüüs.
Hiljutises uuringus, mis avaldati ajakirjas Nature Communications, uurisid professor Choi ja tema kolleegid Lõuna-Koreast ja Prantsusmaalt uut raudlämmastikku sisaldavat süsiniku (Fe-NC) katalüsaatorit, mis koosneb isoleeritud FeNxCy osaliselt koos karbonaatse substraadiga. Katalüsaator valiti kõrge selektiivsuse tõttu NH2OH rajale ja selle vastupidavuse eest äärmuslikele happetingimustele.
Meeskond teostas katalüsaatori operatiivse spektroskoopia (st reaktsiooni ajal) ja elektrokeemilise analüüsi, et määrata kindlaks selle katalüütiline asend ja NH2OH tootmise pH sõltuvus.
Nad tegid kindlaks, et katalüsaatori aktiivne asukoht on süsiniku substraadiga ühendatud raudrühm ja NH2OH tootmise kiirus suureneb pH väärtuse vähenemisega. Meeskond omistas selle omaduse NO ebakindlale oksüdatsiooniolekule. Lõpuks saavutasid nad suure tõhususe (71%) NH2OH väljund tüüpilises NO-H2 kütuseelemendis, millega määratakse kindlaks katalüsaatori praktiline väärtus. Lisaks leidsid nad, et katalüsaatoril oli pikaajaline stabiilsus ja isegi pärast üle 50 tunni jooksmist ei olnud deaktiveerimise märke!
See meetod mitte ainult ei vähenda kahjulikke õhusaasteaineid, vaid pakub ka kasulikku kõrvalsaadust, mis võib mängida rolli taastuvenergia ühiskonna juhtimisel. Lisaks hüdroksülamiini kasutamisele nailontööstuses võib seda kasutada ka alternatiivse vesinikukandjana. Seetõttu ei aita uus katalüsaator mitte ainult vähendada lämmastikoksiidi saasteaineid atmosfääris, vaid viib meid ka taastuvenergia tulevikku.
See uus avastus toob meid sammu võrra lähemale saastevabale taastuvenergia ühiskonnale!
Allikas: Xianji.com
