Китайские исследователи разработали инновационный самоочищающийся электрод, который позволяет осуществлять высокостабильный синтез щелочноземельных перекисей металлов (MO2, M=Ca, Sr, Ba). Эта разработка, опубликованная в журнале Nature Nanotechnology, может значительно снизить экономические потери и риски взрыва, связанные с транспортировкой и хранением перекиси водорода (H2O2), традиционно используемой для синтеза перекисей металлов MO2.

Перекиси металлов обладают превосходными окислительными свойствами, химической стабильностью, высокой чистотой и простотой в хранении и транспортировке. Они широко применяются в очистке и дезинфекции сточных вод. Однако текущий процесс первичного синтеза MO2 включает быстрое разложение H2O2, что приводит к недостаточному использованию перекиси водорода и связанным с этим экономическим потерям.

Исследовательская группа под руководством профессора Лу Чжии из Института материаловедения и инженерии Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук и профессора Цзя Цзиньпина из Шанхайского университета Цзяотун предложила новый процесс электрохимического синтеза.

Высококонцентрированный H2O2, полученный в результате двухэлектронного электрохимического восстановления кислорода (2e-ORR), может быть эффективно преобразован в перекись металла на поверхности электрода. Однако сильная адгезия твёрдого продукта MO2 к поверхности электрода может остановить работу системы.

Для решения этой проблемы исследователи сконструировали легированный никелем кислородсодержащий углеродный электрод с тефлоновым покрытием (T-NiOC), который обладает наноструктурой и низкой поверхностной энергией. Такая конструкция значительно уменьшает площадь контакта твёрдого тела и жидкости, способствуя быстрому отделению MO2 от самоочищающейся поверхности электрода.

Электрод T-NiOC продемонстрировал накопленную селективность ~99% и стабильность в течение более 1000 часов при плотности тока 50 мА см-2 для электрохимического синтеза MO2. По сравнению с H2O2, синтезированный CaO2 показал лучшие результаты при разложении тетрациклина с помощью гидродинамической кавитации (HC).

Профессор Лу Чжии прокомментировал: «Наша работа может помочь в разработке и совершенствовании других электрохимических реакций твердотельного синтеза. Мы ожидаем, что этот метод будет способствовать более широкому применению перекисей металлов в различных отраслях промышленности».

Эта разработка открывает новые перспективы для безопасного и экономичного синтеза перекисей металлов, что может привести к более эффективному использованию этих соединений в различных областях, включая очистку сточных вод и дезинфекцию.