Studie biedt nieuwe inzichten in HCHO-zuivering binnenshuis door nanokatalysatoren van overgangsmetaal

Katalytische oxidatie bij kamertemperatuur is een efficiënte manier om formaldehyde (HCHO) om te zetten in onschadelijk CO₂ door gebruik te maken van reactieve zuurstofspecies (ROS) op het oppervlak van nanokatalysatoren van edelmetaal.

De hoge kosten van edelmetalen belemmeren echter de grootschalige toepassing voor HCHO-zuivering binnenshuis. Bovendien wordt de katalytische omzetting van HCHO bij kamertemperatuur ten opzichte van conventionele overgangsmetaaloxiden beperkt door hun beperkte vermogen om ROS te genereren.

Een studie onder leiding van prof. Huang Yu van het Institute of Earth Environment van de Chinese Academie van Wetenschappen leverde nieuwe inzichten op in de zuivering van HCHO binnenshuis met behulp van nanokatalysatoren van overgangsmetaal met een vergelijkbare efficiëntie als edele metalen.

De onderzoekers hebben eerder gerapporteerd dat de Co-nanodeeltjes ingekapseld in met stikstof gedoteerde koolstof met 85% HCHO-verwijderingsefficiëntie bij kamertemperatuur. Het grootte-effect van Co-deeltjes op HCHO-oxidatie en de interactie tussen Co-kern en de koolstoflaag en de promotie ervan tot NO₂ adsorptie en activatie bleef onduidelijk.

In deze studie bereidden ze een reeks N-gedoteerde koolstof-omhulde metalen Co (Co@NC-x) nanokatalysatoren om het effect van de Co-deeltjesgrootte op HCHO-oxidatie te onderzoeken.

De kleine en sterk gedispergeerde Co-nanodeeltjes werden gevormd in Co@NC-0.25, dat een HCHO-verwijderingsefficiëntie van meer dan 90% vertoonde en de hoogste specifieke katalytische activiteit bezat, wat het vitale belang impliceert van de grootte van het Co-deeltje opgesloten in koolstof voor zijn reactiviteit.

De optimale Co-deeltjesgrootte zorgde voor een effectieve overdracht van elektronen van de metalen kern naar het buitenste koolstofoppervlak, wat leidde tot een verbeterde zuurstofactivering. Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie toonden een duidelijke ladingsoverdracht aan die plaatsvond van de metallische Co-kern naar de koolstoflaag.

Bovendien was de lengte van de OO-binding verlengd. Deze resultaten onthulden dat de speciale Co@NC-structuur een elektronenrijk koolstofoppervlak zou kunnen leveren, waardoor NO₂ activering en HCHO-conversie.

De geoptimaliseerde grootte van Co-nanodeeltjes en de speciale metal@NC-structuur zorgden voor een optimaal gebruik van actieve soorten en effectieve zuurstofactivering.