Figura 1:Caracterización del catalizador Pt1 / CNT que comprende sitios Pt \ gamma N4 dispersos atómicamente en la superficie de CNT. Crédito:UNIST
El cloro es uno de los productos químicos industriales más utilizados en el mundo en la actualidad. con 75 millones de toneladas producidas anualmente. Un equipo de investigadores, afiliado a UNIST ha encontrado recientemente una manera de hacer que la fabricación de cloro sea más eficiente y asequible. Se espera que esto sea de gran ayuda para las industrias relacionadas con el cloro.
Un equipo de investigación conjunto, dirigido por el profesor Sang Hoon Joo y el profesor Sang Kyu Kwak en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST ha presentado un catalizador novedoso (Pt1 / CNT) para la generación de cloro electroquímico.
Los catalizadores electroquímicos existentes para la generación de cloro contienen una gran cantidad de metales preciosos, como el rutenio (Ru) y el iridio (Ir), por tanto, son caras y poco eficientes en términos de producción. Adicionalmente, en condiciones de baja concentración de cloro y un entorno de pH neutro, se genera oxígeno además del cloro, y esto reduce la eficiencia general de producción de cloro. El equipo de investigación desarrolló un óxido no metálico basado en la conclusión de que tales inconvenientes tienen su origen en las propiedades intrínsecas de los catalizadores a base de óxido metálico.
El catalizador recientemente desarrollado (Pt1 / CNT) es un catalizador de dispersión monoatómica en el que los átomos de platino (Pt) que están rodeados por cuatro átomos de nitrógeno (N), se dispersan en nanotubos de carbono (CNT). Dado que el catalizador está completamente expuesto en la superficie de los átomos metálicos (Pt), tiene una alta eficiencia y un mejor rendimiento que los catalizadores DSA comerciales existentes en diversas condiciones de electrolitos, incluso con la pequeña cantidad. Además, contenía iones de cloro alto, como el agua de mar, o viceversa. Se puede aplicar a equipos de tratamiento de agua electroquímicos en el futuro.
Figura 2. Rendimiento CER del catalizador Pt1 / CNT en comparación con su contraparte NP y el catalizador de ánodo dimensionalmente estable (DSA). Crédito:UNIST
"Se ha confirmado que solo los iones de cloro se adsorbieron selectivamente en los sitios activos de Pt1 / CNT, mientras que se suprimieron otras reacciones adicionales, "dice Taejung Lim en el Departamento de Ingeniería Química de UNIST, el primer autor del estudio. "Esto servirá como un nuevo catalizador, que supera la desventaja fundamental de los catalizadores de óxidos metálicos existentes ".
En el estudio, El profesor Kwak y el Dr. Gwan Yeong Jung aplicaron sus datos experimentales a los cálculos teóricos para examinar la estructura de los sitios activos y el principio de las reacciones electroquímicas. Descubrieron que la integridad estructural mejorada entre los sitios activos y los nanotubos de carbono da como resultado una transmisión de electrones más suave y una mejora notable en el rendimiento catalítico.
"Mediante modelos moleculares y cálculos funcionales de densidad, hemos identificado la estructura central de los sitios activos en Pt1 / CNT, ", dice el profesor Kwak." Se espera que este principio de cálculo contribuya a la interpretación de los principios de reactividad y reacción de varios catalizadores monoatómicos en el futuro ".
"El catalizador monoatómico desarrollado esta vez es un nuevo concepto de diseño de catalizador que cambia el paradigma del catalizador de óxido de metal noble comercializado hace 50 años, "dice el profesor Joo." En particular, el nuevo catalizador no se ve afectado por la composición del electrolito, por lo tanto, se espera que se utilice en una variedad de aplicaciones, como el tratamiento de agua a mediana y pequeña escala, así como el tratamiento del agua de lastre ".
