Katalizator za čiščenje zraka pri nižjih temperaturah
Katalitska oksidacija je eden najpomembnejših procesov za odstranjevanje lahkohlapnih organskih spojin (Volatile Organic Compounds - VOC) iz industrijskih odpadnih plinov. Nanodelci prehodnih kovin, imobilizirani na ustreznem nosilcu, so poceni alternativa trenutno uporabljenim katalizatorjem, ki vsebujejo plemenite kovine. V nekaterih primerih so opazili sinergetski učinek dvokovinskih katalizatorjev prehodnih kovin na nosilcu, ki je povečal oksidacijsko aktivnost katalizatorja pri nižjih temperaturah v primerjavi z enokovinskim katalizatorjem. Za preučevanje omenjenega pojava smo oblikovali z bakrom in železom funkcionaliziran γ-aluminijev oksid. Aluminijev oksid je namreč eden najpogosteje uporabljenih nosilcev industrijskih katalizatorjev, saj je njegova priprava enostavna in cenovno ugodna tudi na industrijski skali.
Nosilec iz γ-aluminijevega oksida, funkcionaliziran s prehodnimi kovinami, je eden najpogosteje uporabljenih industrijskih katalizatorjev za popolno oksidacijo VOC kot onesnažil zraka pri višjih temperaturah (280–450 °C). Z racionalno zasnovo dvokovinskega katalizatorja CuFe-γ-aluminijevega oksida, sintetiziranega iz prekurzorja aluminijevega oksida »dawsonite«, dosežemo aktivnost popolne oksidacije toluena kot modelnega VOC pri nižji temperaturi (200–380 °C). Narava vezave kovina-nosilec in optimalna porazdelitev Cu–O–Al in Fe–O–Al specij v katalizatorjih vodi do sinergetske katalitske aktivnosti, ki jo spodbujajo majhne količine železa (Fe/Al=0,005). Predstavljeni material uvaja perspektivno skupino poceni oksidacijskih industrijskih katalizatorjev z vrhunsko učinkovitostjo pri nižjih temperaturah.
Razumevanje razmerja struktura-lastnost-aktivnost oblikovanih dvokovinskih oksidnih katalizatorjev na nosilcu iz γ-aluminijevega oksida je izredno pomembno, ne le za opisano ciljno uporabo za preprečevanje onesnaževanja zraka, ampak tudi za druge aplikacije v heterogeni katalizi, zeleni kemiji, napredni proizvodnji in še več, v elektrokatalizi in fotokatalizi.
Tadej Žumbar in Nataša Novak Tušar sta s soavtorji iz Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo (D09), Odseka za kemijo materialov (D10), Univerze v Novi Gorici, Italije (ELETTRA synchrotron) in Bolgarije (Institute of Organic Chemistry with Centre of Phytochemistry, Bulgarian Academy of science) objavila rezultate te raziskave v reviji ACS Applied Materials & Interfaces (IF = 10.383).
PUBLIKACIJA
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.3c02705