Met een zuurstofplasma kun je roetdeeltjes omtoveren in een prima katalysator voor elektrochemische productie van waterstofperoxide.
In ACS Catalysis brengen James Tour, Boris Yakobson en hun promovendi roetdeeltjes als veelbelovend alternatief voor het inmiddels 80 jaar oude antrachinonproces, dat nu nog goed is voor vrijwel alle industriële H2O2. Het is een kwestie van uitgekiende oppervlaktedefecten, claimen ze.
De uitdaging zit in de thermodynamica. In principe kun je H2O2 kweken door H2 en O2 met elkaar te laten reageren, maar dat geldt ook voor H2O en die laatste reactie pakt energetisch gunstiger uit. Je wilt dus een katalysator hebben die O2-moleculen voorziet van precies twee extra elektronen maar de O-O binding intact laat, zodat zich aan elk uiteinde een H+ kan hechten. Zoiets was er eigenlijk nog niet. Het antrachinonproces werkt met een omweg: een edelmetaalkatalysator laat antrachinon reageren met H2 tot een antrahydrochinon, dat die extra H’s gecontroleerd doorgeeft aan O2.
Het huidige onderzoek laat zien dat defecten in een koolstofoppervlak de juiste condities scheppen. Je verandert de in koolstof gebruikelijke zesringen deels in vijf- of zevenringen, terwijl hier en daar gaten in de structuur vallen. Als koolstof dient carbon black, een veredelde vorm van roet uit de petrochemie dat onder meer wordt verwerkt in autobanden. De defecten ontstaan door behandeling met een zuurstofplasma, te omschrijven als een geïoniseerde wolk gas.
Bijverschijnsel is dat je de rafelranden hier en daar garneert met zuurstofverbindingen. Maar als je die er met een argonplasma weer afbrandt, blijkt dat voor de katalytische activiteit niet uit te maken. Theoretische berekeningen bevestigen dat het echt aan de structuurdefecten moet liggen. Dat er geen metaal aan te pas komt dat zomaar de omzetting van H2O2 in H2O zou kunnen katalyseren, is een extra voordeel.
Echt verbazen mag het niet: eerder bleek al dat de randjes van grafeen eveneens katalytisch werken. Maar carbon black is veel goedkoper en makkelijker hanteerbaar. Bovendien is het proces volgens Tour zo simpel dat het ook op kleine schaal rendabel moet zijn te krijgen, wat met het hydrochinonproces niet lukt.
Nog geen opmerkingen