Фотокатализатор CALiK из Института Макса Планка дал в лаборатории втрое больше пероксида водорода
Нитрид углерода с упорядоченными атомами лития и калия в лабораторных опытах на свету выдал примерно втрое больше пероксида водорода, чем обычный эталонный материал.
Исследователи из Института коллоидов и границ раздела Общества Макса Планка в Потсдаме вместе с международными партнёрами разработали фотокатализатор на основе нитрида углерода под названием CALiK. В лабораторных опытах он дал примерно втрое больше пероксида водорода, чем обычно изготовленный эталонный материал, сообщает mpg.de mpg.de
mpg.dempg.deОткрыть источник ↗. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.
Пероксид водорода и синтез на свету
Пероксид водорода применяют как отбеливатель, главным образом в бумажной промышленности, как дезинфицирующее средство в медицине и быту и как окислитель в химических процессах. Химическая промышленность выпускает около восьми миллионов тонн в год, спрос растёт. Чаще всего его получают энергоёмким антрахиноновым методом, который использует кислород и опирается на ископаемую энергию. Более климатически дружественная альтернатива — катализатор на основе нитрида углерода, активируемый светом.
В таком фотокатализе энергия света временно создаёт в катализаторе подвижные положительные и отрицательные заряды. Эффективность зависит от того, как хорошо заряды движутся по материалу и как долго остаются доступными для реакций. Известно, что атомы щелочных металлов — лития, натрия, калия — улучшают разделение зарядов. Однако в прежних способах изготовления атомы металла распределялись более или менее случайно.
Упорядоченное размещение лития и калия
В качестве исходных материалов команда взяла органико-неорганические ионные сокристаллы соединения, содержащего углерод и азот, с хлоридом лития. В этих кристаллах компоненты связаны в регулярную трёхмерную сеть. Гибридный кристалл нагрели вместе с хлоридом калия и получили CALiK, где ионы металлов занимают определённые позиции mpg.de
mpg.dempg.deОткрыть источник ↗. Автор-корреспондент Кристиан М. Пеликано, руководитель группы SunThesis, работающий над темой с 2023 года, отметил, что такие кристаллы были известны, но как предшественники нитридов углерода их не использовали.
В экспериментах CALiK дал примерно втрое больше пероксида водорода, чем эталон, и примерно на 40 процентов больше, чем CALi — самый эффективный из испытанных материалов, содержащий только литий. Первый автор Анна Ло Прести заявила, что впервые показано: важны не только тип и количество ионов, но и их положение в решётке.
Структурный анализ, спектроскопические и электрохимические измерения показали, что заряды, созданные светом, в CALiK разделяются эффективнее и дольше остаются доступными для реакции с кислородом. Расчёты указывают, что распределение ионов лития меняет электронное окружение и облегчает активацию кислорода. Авторы оговаривают, что расчёты основаны на упрощённых модельных структурах и пока не полностью описывают процессы в реальном материале.
