Czy nanocząsteczki złota i palladu mogą zrewolucjonizować wytwarzanie nadtlenku wodoru?
Naukowcy, których badania są finansowane ze środków europejskich, opracowali prostszą i czystszą metodę wytwarzania nadtlenku wodoru (H2O2) - popularnie zwanego wodą utlenioną - który jest powszechnie wykorzystywany jako środek antyseptyczny i dezynfekcyjny. Dzięki uzyskanym wynikom, może stać się możliwe wytwarzanie nadtlenku wodoru na miejscu, w mniejszych ilościach i o słabszym stężeniu, eliminując zagrożenia związane z transportem i składowaniem dużych ilości silnie stężonego H2O2. Badania, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Science, zostały w części sfinansowane z projektu AURICAT (Kataliza z zastosowaniem złota), który uzyskał finansowanie z programu "Doskonalenie potencjału badawczego i bazy wiedzy socjoekonomicznej" Piątego Programu Ramowego (5PR) UE. Nadtlenek wodoru, silny środek antyseptyczny i dezynfekujący, jest jednym z najpowszechniej wykorzystywanych chemikaliów na świecie. Jednakże wytwarzanie tego ważnego związku chemicznego wiąże się z energochłonnym procesem, którego rentowność wymaga produkowania większych ilości i silniejszych stężeń, niż te potrzebne w zastosowaniach. W konsekwencji konieczne jest składowanie i transportowanie większych ilości środków chemicznych, co wiąże się z zagrożeniami, których niedawnym dowodem był wybuch ciężarówki przewożącej nadtlenek wodoru na brytyjskiej autostradzie. Nie dziwi więc fakt, że chemicy od dawna poszukują czystszego i prostszego sposobu wytwarzania H2O2. Skutecznym katalizatorem reakcji, w której wodór i tlen łączą się, aby stworzyć nadtlenek wodoru, okazał się pallad. Jednakże ten sam katalizator, który przyczynia się do powstania H2O2, równie szybko powoduje jego rozpad na wodę. W ramach ostatnio prowadzonych badań, brytyjscy i amerykańscy naukowcy odkryli, że stop nanocząsteczek palladu i złota katalizuje wytwarzanie H2O2, powstrzymując jednocześnie rozpad na wodę. "Odkryliśmy, że trzeba dodać do palladu niewielką ilość złota" - wyjaśnił profesor Christopher Kiely z Uniwersytetu Lehigh w USA. "Złoto wydaje się modyfikować strukturę elektroniczną, a przez to aktywność katalityczną palladu." Naukowcy ujawnili, że sztuczka polega na nałożeniu nanocząsteczek na nośnik z węgla, opłukany uprzednio w kwasie azotowym (HNO3). Kwasowa obróbka wstępna zmniejsza średni rozmiar nanocząsteczek, który waha się między 2 a 25 nanometrów (nonometr to jedna miliardowa metra). Mniejsze cząstki są sprawniejsze w blokowaniu reakcji rozpadu. Ponadto opłukanie nośnika w kwasie umożliwiło lepsze rozmieszczenie nanocząsteczek na nośniku. "Okazało się, że ani stężenie kwasu azotowego, ani czas płukania nie mają znaczenia" - powiedział profesor Kiely. "Ważne było opłukanie nośnika w kasie azotowym przed umieszczeniem na nim nanocząsteczek złota i palladu. Zmiana wielkości cząstek oraz ich rozmieszczenia umożliwia nam zatrzymanie znacznie większej ilości nadtlenku wodoru, przez co bezpośredni proces staje się bardziej opłacalny. Naukowcy uważają, że dzięki dalszym pracom ich technikę będzie można wykorzystywać jako "podstawę do wytwarzania H2O2 w stężeniu od 3% do 8%, potrzebnym w większości zastosowań chemicznych". Co najważniejsze, proces mógłby umożliwić wytwarzanie nadtlenku wodoru na miejscu w żądanych ilościach, eliminując w ten sposób konieczność składowania i transportu dużych ilości tej substancji. Profesor Kiely ściśle współpracuje od 15 lat z Grahamem Hutchingsem z Uniwersytetu Cardiff w Wielkiej Brytanii w zakresie wykorzystania nonocząsteczek złota jako katalizatora. Trzy lata temu odkryli, że nanocząsteczki ze złota i palladu mogą być wykorzystywane do przekształcania alkoholi pierwszorzędowych w aldehydy, co pozwala przeprowadzać tę ważną w produkcji przypraw i perfum reakcję w sposób przyjaźniejszy dla środowiska.
Kraje
Zjednoczone Królestwo, Stany Zjednoczone