Исследователи из Токийского столичного университета показали, что недавно разработанный катализатор, изготовленный из наночастиц золота, нанесенных на каркас из оксида металла, демонстрирует разрушение примесей аммиака в воздухе с превосходной селективностью для преобразования в газообразный азот. Важно отметить, что он эффективен при комнатной температуре, что делает его пригодным для повседневных систем очистки воздуха. Команда успешно определила механизм такого поведения, проложив путь к разработке других новых каталитических материалов.
Характерный резкий запах аммиака знаком многим. Это обычный промышленный химикат, который в основном используется в качестве сырья для удобрений, а также дезинфицирующих средств как в домашних условиях, так и в медицинских учреждениях. Он также очень токсичен в концентрированном виде; Управление по охране труда и опасностям США установило строгий верхний предел в 50 частей на миллион в воздухе для дыхания в среднем за восьмичасовой рабочий день и сорокачасовую рабочую неделю. Учитывая его широкое промышленное использование и присутствие в природе, крайне важно принять эффективные меры для удаления нежелательного аммиака из атмосферы в нашей повседневной рабочей и жилой среде.
Катализаторы, такие как те, что находятся в каталитических нейтрализаторах автомобилей, могут помочь решить эту проблему. В отличие от фильтров, которые просто улавливают вредные вещества, каталитические фильтры могут помочь расщепить аммиак на безвредные продукты, такие как газообразный азот и вода. Это не только безопаснее, поскольку предотвращает накопление токсичных химических веществ, но и избавляет от необходимости их регулярной замены. Однако распространенные существующие катализаторы для аммиака работают только при температурах выше 200 градусов Цельсия, что делает их неэффективными и неприменимыми для бытовых условий.
Теперь команда под руководством профессора проекта Тору Мураямы из Токийского столичного университета разработала каталитический фильтр, который может работать при комнатной температуре. Состоящий из наночастиц золота, прикрепленных к каркасу из оксида ниобия, новый фильтр отличается высокой избирательностью в отношении того, во что он преобразует аммиак, при этом почти все преобразование происходит в безвредный газообразный азот и воду, а не в побочные продукты оксида азота. Это известно как селективное каталитическое окисление (SCO). Они сотрудничали с промышленными партнерами из NBC Meshtec Inc., чтобы создать рабочий прототип; фильтр уже применялся для снижения содержания газов, загрязненных аммиаком, до неопределяемого уровня.
Важно, что команда также успешно раскрыла механизм работы материала. Они показали, что наночастицы золота играют важную роль, при этом увеличение нагрузки приводит к увеличению каталитической активности; они также обнаружили, что выбор каркаса был чрезвычайно важен, экспериментально показав, что химические центры, известные как кислотные центры Бренстеда на основной цепи оксида ниобия, играют важную роль в том, насколько селективным был материал. Команда надеется, что общие принципы проектирования, подобные этому, могут найти применение при создании и модификации других каталитических материалов, расширяя их растущий диапазон приложений.