Hidrojen Peroksit Üretiminde Yeni Bir Yöntem Geliştirildi
Fotoğraf: ORHP’nin performans karakterizasyonu. (Prof. Jong-Beom Baek, UNIST)
Hidrojen peroksit (H2O2), modern endüstride dezenfektanlarda yeşil oksidan görevi görmek dahil, ağartma işlemlerinde, sterilize edici maddelerde, kimyasal sentez ve hatta potansiyel bir enerji taşıyıcısı olarak birçok uygulamada kullanılmaktadır. Üretilen yeni katalizör sayesinde elektroliz ile H2O2 üretimini mümkün kılan yeni bir yöntem geliştirildi. Yöntem sürekli olarak talep gören H2O2 üretmek için hızlı, basit ve ucuz bir seçenek olarak hem akademide hem de endüstride büyük ilgi gördü.
UNIST Enerji ve Kimya Mühendisliği Okulu’ndan Profesör Jong-Beom Baek liderliğindeki bir araştırma ekibi, H2O2 üretmek amacıyla kullanılması için karbon bazlı yüksek verimli bir elektrokimyasal katalizör geliştirdi. Yöntem karbon bazlı olduğu için ucuzdur ve karmaşık bir işlem gerektirmez. Bu özellikler sayesinde elektroliz ile H2O2 üretimine olanak sağlanmaktadır. Bu çalışma, katalitik reaksiyonların meydana geldiği aktif bölgeleri belirlediği için de ayrıca bir önemi vardır.
Genellikle eczacılıkta dezenfektan olarak kullanılan hidrojen peroksit, çeşitli endüstriyel işlemlerde kullanılan meyan kökü gibi çevre dostu bir oksitleyicidir. Ayrıca alternatif araçlarda kullanılmaya başlanmıştır ve gelecekte talebin hızla artması beklenmektedir. Bununla birlikte, hidrojen peroksit üreten antrakinon işlemi karmaşıktır, büyüktür ve yüksek enerji tüketir. Bu nedenle, üretilen hidrojen peroksidin sahaya taşınması ve depolanmasının bir maliyeti vardır ve ayrıca yüksek konsantrasyonda yüksek derecede reaktif hidrojen peroksit açığa çıkması sorunu da vardır.
Araştırma ekibi, antrakinon yöntemi yerine hidrojen peroksit üretmek için elektrokimyasal yönteme odaklandı. Böylece, ucuz karbon malzemelerine dayanan yüksek verimli katalizörler geliştirerek hidrojen peroksite oksijen indirgemesini sağladılar. Katalizörü, kinon, eter ve karbonil gibi fonksiyonel grupları grafen gibi ince karbon bazlı malzemelere ekleyerek sentezlediler. Sonuç olarak, % 97,8 gibi yüksek bir verimlilikle bir katalizör başarıyla sentezlendi.
Çalışma ayrıca katalitik reaksiyonun gerçekleştiği tam aktif bölgenin de tespit edilmesini sağladı. Daha önceki çalışmalarda hidrojen peroksit üreten katalizör olarak bildirilen karbon oksit esaslı malzeme, çeşitli oksijen içeren fonksiyonel gruplara sahip olduğu için tam olarak hangi fonksiyonel grubun katalizörün aktif bölgesi olduğu bilinmemekteydi. Bu çalışmada, karbon oksit materyallerinin kinon, eter ve karbonil gibi ayrı oksijen içeren fonksiyonel gruplarla sentezlenmesiyle tam aktif bölgeler analiz edildi. Sonuç olarak, birçok kinon fonksiyonel grubuna sahip karbon oksit materyalinin en yüksek katalitik verimi gösterdiği doğrulandı.
Çalışmanın baş yazarı Gao-Feng Han, “Bu çalışma, hidrojen peroksit üretimi için önemli olan aktif bölgelerin anlaşılmasını arttırmaktır ve deneysel yönteme ek olarak, kinon fonksiyonel grubunun hidrojen peroksit üretim reaksiyonunda (ORHP) yüksek katalitik aktiviteye ve çok küçük aşırı gerilime sahip olduğunu doğrulamak için yoğunluk fonksiyonu teorisi yöntemini kullandık.” dedi.
Profesör Baek, “Bulgularımız, H2O2 sentezi için eşzamanlı yüksek seçiciliğe ve aktiviteye sahip olan karbon bazlı katalizörlerin tasarlanması için kılavuz sağlıyor.” dedi. “Bu sayede, hidrojen peroksitin taşınması ve depolanması için gereken maliyeti azaltmak ve çeşitli endüstriyel alanlarda hidrojen peroksit kullanım aralığını genişletmek mümkün.” şeklinde açıkladı.
Kaynak: phys.org
