缺陷碳简化了过氧化氢的产生

温斯顿-(2021年2月9日)-莱斯大学的研究人员创造了一种“有缺陷”的催化剂，可以简化氧气中过氧化氢的生产。

科学家用氧等离子体处理大米中的无金属炭黑，这是一种由石油生产的廉价粉末产品。在这个过程中，缺陷和含氧基团被引入碳颗粒的结构中，从而暴露出更大的相互作用表面积。

当用作催化剂时，称为CB等离子体的缺陷粒子可以以100%的法拉第效率将氧气还原为过氧化氢，法拉第效率是电化学反应中电荷转移的一种度量。研究人员表示，这种工艺有望取代复杂的基于蒽醌的生产方法，这种方法需要昂贵的催化剂，并产生有毒的有机副产物和大量废水。

化学家詹姆斯图尔和材料理论家鲍里斯雅科布森的研究发表在美国化学学会ACS催化杂志上。

过氧化氢被广泛用作消毒剂和废水处理、造纸和纸浆工业以及化学氧化。图尔预测，新工艺将影响过氧化氢催化剂的设计。

托尔说：“这里概述的电化学过程不需要金属催化剂，这将降低成本，使整个过程更简单。”“适当设计的碳结构可以提供合适的活性位点来还原氧分子，同时保持OO键，因此过氧化氢是唯一的产品。此外，无金属设计有助于防止过氧化氢分解。”

等离子体处理会在炭黑颗粒中产生缺陷，这些缺陷在材料的原子晶格中以五元环或七元环的形式出现。这个过程有时会移除足够的原子，在晶格中产生空位。

催化剂的工作原理是从氧气中提取两个电子，与两个氢电子结合生成过氧化氢。(燃料电池中使用的一个过程，即氧被四个电子还原，会产生副产品水。)

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