Nieuwe zelfreinigende elektrode ontwikkeld voor de synthese van aardalkalimetaalperoxide

Metaalperoxide (MO₂M=Ca, Sr, Ba) is een alternatief voor waterstofperoxide (H₂O₂). Het heeft uitstekende oxidatieve eigenschappen, superieure chemische stabiliteit, hoge zuiverheid en is gemakkelijk op te slaan en te transporteren. Het wordt veel gebruikt bij de behandeling en desinfectie van afvalwater.

Een Chinese onderzoeksgroep heeft een nieuwe zelfreinigende elektrode ontwikkeld door een micro-/nanostructuur van een zeer actieve katalysator met de juiste oppervlaktemodificatie te construeren, waardoor een zeer stabiele synthese van aardalkali-MO wordt bereikt.₂. Hun onderzoek is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.

Het huidige primaire syntheseproces van MO₂ omvat een snelle ontbinding van H₂O₂wat leidt tot onvoldoende gebruik van H₂O₂.

In deze studie, geleid door prof. Lu Zhiyi van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met prof. Jia Jinping van de Shanghai Jiaotong Universiteit, stelden de onderzoekers een in situ elektrochemisch syntheseproces voor om economische verliezen te verminderen en explosierisico’s als gevolg van H₂O₂ transport en opslag.

Hoge concentratie H₂O₂ gegenereerd door elektrochemische zuurstofreductie met twee elektronen (2e^– ORR) kan efficiënt worden omgezet in MO₂ op het elektrodeoppervlak. Echter, ernstige hechting van vaste MO₂ product naar het elektrodeoppervlak kan het systeem direct uitschakelen.

Om de oppervlaktehechting te verminderen, construeerde de onderzoeksgroep een Ni-gedoteerde zuurstofrijke koolstofelektrode met Teflon-coating (T-NiOC), een micro-/nanostructuur en een lage oppervlakte-energie. Dit verminderde het contactoppervlak tussen vaste stoffen en vloeistoffen aanzienlijk, waardoor een snelle onthechting van in situ gegenereerde MO mogelijk werd gemaakt₂ van het zelfreinigende elektrodeoppervlak.

De T-NiOC-elektrode vertoonde een geaccumuleerde selectiviteit van ~99% en stabiliteit gedurende meer dan 1000 uur bij een stroomdichtheid van 50 mA cm3^-2 voor elektrochemische synthese van MO₂waarmee een breed toepassingspotentieel wordt aangetoond.

Vergeleken met H₂O₂zoals-gesynthetiseerd CaO₂ presteerde beter bij de afbraak van tetracyclines met hydrodynamische cavitatie (HC).

Dit werk zou kunnen helpen bij het pionieren en revolutioneren van andere elektrochemische vaste-stofsynthesereacties.