来源：加州大学圣地亚哥分校

研究人员开发过氧化氢生产方法的H细胞装置。图片：加州大学圣地亚哥分校

一个研究小组已经开发出一种便携式的、更环保的方法来生产过氧化氢。它可以使医院能够按需以较低的成本自行供应消毒剂。

这项工作由加州大学圣地亚哥分校、哥伦比亚大学、布鲁克海文国家实验室、卡尔加里大学和加州大学欧文分校合作完成，并在《自然通讯》杂志上发表了一篇论文。

双氧水最近成了头条新闻，因为美国各地的研究人员和医疗中心都在测试它在清除N95口罩污染以应对COVID-19大流行中出现的短缺方面的可行性。

虽然到目前为止的结果是有希望的，但一些研究人员担心，这种化学品的保质期很短，可能会使这种去污努力付出高昂的代价。

主要的问题是过氧化氢不稳定，甚至在打开瓶子之前就开始分解成水和氧气。一旦暴露在空气或光线下，它就会分解得更快。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Zheng Chen说：“你可能只有几个月的时间才能使用它，因此你必须更频繁地订购批次，以保持新鲜的供应。”因为它分解得太快，运输和储存变得非常昂贵。”

Chen和他的同事开发了一种快速、简单和廉价的方法，只需要一个小烧瓶、空气、现成的电解液、催化剂和电就可以在家里产生过氧化氢。

“我们的目标是创造一种便携式设备，可以简单地插上电源，这样医院，甚至是家庭，都可以按需生产过氧化氢，”陈说不需要发货，不需要储存，也不急于在到期前全部使用。这样可以节省高达50%至70%的成本。”

另一个优点是该方法比工业加工毒性小。

该方法基于化学反应，其中一个分子的氧气与酸性电解质溶液中的两个电子和两个质子结合，生成过氧化氢。这种类型的反应称为二电子氧还原反应，它方便用户，因为它可以根据需要生产所需浓度的过氧化氢。加州大学圣地亚哥分校化学工程研究生Qiaowan Chang说：“下一步，我们将开发适用于其他电解质溶液的电催化剂，以进一步扩大其应用范围。”

促使这种反应发生的关键是团队开发的一种特殊催化剂。它由已部分氧化的碳纳米管组成，这意味着氧原子已附着在表面上。氧原子与三到四个钯原子的微小簇结合。钯簇和氧原子之间的这些键使反应能够以高选择性和活性进行，这是由于其在反应过程中对关键中间体的最佳结合能。

哥伦比亚大学化学工程学教授Jingguang Chen说：“氧修饰钯团簇与碳纳米管上含氧官能团的配位是提高其催化性能的关键。”

该团队最初开发了这种方法，以使电池回收过程更环保。过氧化氢是用于从废旧锂离子电池中提取和回收金属（如铜，镍，钴和镁）的化学物质之一。同样，它也使烃分子的活化更有效，这是许多工业化学过程中的关键步骤。

“我们在这个项目上工作了大约一年半。当我们结束这一切的时候，COVID-19大流行爆发了。看到有关使用双氧水蒸汽消毒N95口罩以供再次使用的新闻报道，促使研究小组改变了方向。

他说：“我们看到，更迫切的需要努力帮助那些在护理新冠状病毒患者时可能得不到充分保护的医护人员。”

这项工作处于概念验证阶段。展望未来，该团队将致力于优化和扩展该方法，以便在医院中潜在使用。 Chen说，未来的研究包括修改该方法，以便可以使用中性电解质（基本上是盐溶液）而不是酸性电解质来进行，这对于家庭和临床应用将更好。目前，这项持续工作的一部分得到了加州大学圣地亚哥分校的可持续电力和能源中心的支持。

更多信息：Qiaowan Chang et al, Promoting H2O2 production via 2-electron oxygen reduction by coordinating partially oxidized Pd with defect carbon, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15843-3

期刊信息：《自然通讯》（Nature Communications）

原文网址：https://phys.org/news/2020-05-green-method-enable-hospitals-hydrogen.html

声明：本文由 Newfellow 编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。