綠色方法可以使醫(yī)院在室內(nèi)生產(chǎn)過氧化氫
來源：加州大學(xué)圣地亞哥分校
研究人員開發(fā)過氧化氫生產(chǎn)方法的H細(xì)胞裝置。圖片：加州大學(xué)圣地亞哥分校
一個(gè)研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種便攜式的、更環(huán)保的方法來生產(chǎn)過氧化氫。它可以使醫(yī)院能夠按需以較低的成本自行供應(yīng)消毒劑。
這項(xiàng)工作由加州大學(xué)圣地亞哥分校、哥倫比亞大學(xué)、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、卡爾加里大學(xué)和加州大學(xué)歐文分校合作完成，并在《自然通訊》雜志上發(fā)表了一篇論文。
雙氧水最近成了頭條新聞，因?yàn)槊绹鞯氐难芯咳藛T和醫(yī)療中心都在測試它在清除N95口罩污染以應(yīng)對COVID-19大流行中出現(xiàn)的短缺方面的可行性。
雖然到目前為止的結(jié)果是有希望的，但一些研究人員擔(dān)心，這種化學(xué)品的保質(zhì)期很短，可能會使這種去污努力付出高昂的代價(jià)。
主要的問題是過氧化氫不穩(wěn)定，甚至在打開瓶子之前就開始分解成水和氧氣。一旦暴露在空氣或光線下，它就會分解得更快。
加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Zheng Chen說：“你可能只有幾個(gè)月的時(shí)間才能使用它，因此你必須更頻繁地訂購批次，以保持新鮮的供應(yīng)。”因?yàn)樗纸獾锰欤\(yùn)輸和儲存變得非常昂貴。”
Chen和他的同事開發(fā)了一種快速、簡單和廉價(jià)的方法，只需要一個(gè)小燒瓶、空氣、現(xiàn)成的電解液、催化劑和電就可以在家里產(chǎn)生過氧化氫。
“我們的目標(biāo)是創(chuàng)造一種便攜式設(shè)備，可以簡單地插上電源，這樣醫(yī)院，甚至是家庭，都可以按需生產(chǎn)過氧化氫，”陳說不需要發(fā)貨，不需要儲存，也不急于在到期前全部使用。這樣可以節(jié)省高達(dá)50%至70%的成本。”
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該方法比工業(yè)加工毒性小。
該方法基于化學(xué)反應(yīng)，其中一個(gè)分子的氧氣與酸性電解質(zhì)溶液中的兩個(gè)電子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合，生成過氧化氫。這種類型的反應(yīng)稱為二電子氧還原反應(yīng)，它方便用戶，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)需要生產(chǎn)所需濃度的過氧化氫。加州大學(xué)圣地亞哥分校化學(xué)工程研究生Qiaowan Chang說：“下一步，我們將開發(fā)適用于其他電解質(zhì)溶液的電催化劑，以進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。”
促使這種反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵是團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種特殊催化劑。它由已部分氧化的碳納米管組成，這意味著氧原子已附著在表面上。氧原子與三到四個(gè)鈀原子的微小簇結(jié)合。鈀簇和氧原子之間的這些鍵使反應(yīng)能夠以高選擇性和活性進(jìn)行，這是由于其在反應(yīng)過程中對關(guān)鍵中間體的最佳結(jié)合能。
哥倫比亞大學(xué)化學(xué)工程學(xué)教授Jingguang Chen說：“氧修飾鈀團(tuán)簇與碳納米管上含氧官能團(tuán)的配位是提高其催化性能的關(guān)鍵。”
該團(tuán)隊(duì)最初開發(fā)了這種方法，以使電池回收過程更環(huán)保。過氧化氫是用于從廢舊鋰離子電池中提取和回收金屬（如銅，鎳，鈷和鎂）的化學(xué)物質(zhì)之一。同樣，它也使烴分子的活化更有效，這是許多工業(yè)化學(xué)過程中的關(guān)鍵步驟。
“我們在這個(gè)項(xiàng)目上工作了大約一年半。當(dāng)我們結(jié)束這一切的時(shí)候，COVID-19大流行爆發(fā)了。看到有關(guān)使用雙氧水蒸汽消毒N95口罩以供再次使用的新聞報(bào)道，促使研究小組改變了方向。
他說：“我們看到，更迫切的需要努力幫助那些在護(hù)理新冠狀病毒患者時(shí)可能得不到充分保護(hù)的醫(yī)護(hù)人員。”
這項(xiàng)工作處于概念驗(yàn)證階段。展望未來，該團(tuán)隊(duì)將致力于優(yōu)化和擴(kuò)展該方法，以便在醫(yī)院中潛在使用。 Chen說，未來的研究包括修改該方法，以便可以使用中性電解質(zhì)（基本上是鹽溶液）而不是酸性電解質(zhì)來進(jìn)行，這對于家庭和臨床應(yīng)用將更好。目前，這項(xiàng)持續(xù)工作的一部分得到了加州大學(xué)圣地亞哥分校的可持續(xù)電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：《自然通訊》（Nature Communications）
原文網(wǎng)址：https://phys.org/news/2020-05-green-method-enable-hospitals-hydrogen.html
聲明：本文由 Newfellow 編譯，中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。
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