Çinli araştırmacılar, alkalin toprak metal peroksitlerin (MO2, M=Ca, Sr, Ba) oldukça kararlı sentezine olanak tanıyan yenilikçi, kendi kendini temizleyen bir elektrot geliştirdiler. Nature Nanoteknoloji dergisinde yayınlanan bu gelişme, geleneksel olarak metal peroksitler MO2’nin sentezi için kullanılan hidrojen peroksitin (H2O2) taşınması ve depolanmasıyla ilişkili ekonomik kayıpları ve patlama risklerini önemli ölçüde azaltabilir.
Metal peroksitler mükemmel oksitleyici özelliklere, kimyasal stabiliteye, yüksek saflığa ve depolama ve taşıma kolaylığına sahiptir. Atık su arıtımında ve dezenfeksiyonunda yaygın olarak kullanılırlar. Bununla birlikte, mevcut MO2 birincil sentez süreci, H2O2’nin hızlı bir şekilde ayrışmasını içerir, bu da hidrojen peroksitin yetersiz kullanımına ve buna bağlı ekonomik kayıplara neden olur.
Çin Bilimler Akademisi’nin Ningbo Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Enstitüsü’nden (NIMTE) Profesör Lu Zhiyi ve Şanghay Jiaotong Üniversitesi’nden Profesör Jia Jinping liderliğindeki bir araştırma ekibi, yeni bir elektrokimyasal sentez süreci önerdi.
İki elektronlu elektrokimyasal oksijen indirgemesiyle (2e-ORR) üretilen yüksek konsantrasyonlu H2O2, elektrot yüzeyinde verimli bir şekilde metal peroksite dönüştürülebilir. Ancak katı MO2 ürününün elektrot yüzeyine güçlü bir şekilde yapışması sistemin çalışmasını durdurabilir.
Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, nano yapıya ve düşük yüzey enerjisine sahip, nikel katkılı Teflon kaplı oksijen-karbon (T-NiOC) elektrotu tasarladılar. Bu tasarım katı-sıvı temas alanını önemli ölçüde azaltarak MO2’nin kendi kendini temizleyen elektrot yüzeyinden hızla ayrılmasını kolaylaştırır.
T-NiOC elektrotu, elektrokimyasal MO2 sentezi için 50 mA cm-2 akım yoğunluğunda 1000 saatin üzerinde ~%99 kümülatif seçicilik ve stabilite gösterdi. Sentezlenen CaO2, H2O2 ile karşılaştırıldığında hidrodinamik kavitasyon (HC) kullanılarak tetrasiklinin bozunmasında daha iyi performans gösterdi.
Profesör Lu Zhiyi şu yorumu yaptı: “Çalışmamız diğer elektrokimyasal katı hal sentez reaksiyonlarının geliştirilmesine ve iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Bu yöntemin çeşitli endüstrilerde metal peroksitlerin daha geniş kullanımına katkıda bulunacağını umuyoruz.”
Bu gelişme, metal peroksitlerin güvenli ve uygun maliyetli sentezi için yeni ufuklar açmaktadır; bu da, bu bileşiklerin, atık su arıtımı ve dezenfeksiyonu da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda daha etkili bir şekilde kullanılmasına yol açabilmektedir.
