Ученые из Японии смогли разработать катализатор для очистки воздуха от аммиака, работающий при комнатной температуре

Исследователи из Токийского университета Метрополитен показали, что недавно разработанный катализатор, изготовленный из наночастиц золота, нанесенных на каркас из оксида металла, показывает распад примесей аммиака в воздухе с отличной селективностью превращения в газообразный азот (Role of the Acid Site for Selective Catalytic Oxidation of NH₃ over Au/Nb₂O₅).

Важно отметить, что он эффективен при комнатной температуре, что делает его пригодным для повседневных систем очистки воздуха. Команда успешно определила механизм, лежащий в основе этого поведения, проложив путь к разработке других новых каталитических материалов.

Отличительный, резкий запах аммиака знаком многим. Это обычный промышленный химикат, в основном используемый в качестве сырья для удобрений, а также дезинфицирующих средств как в домашних условиях, так и в медицинских учреждениях. Это также очень токсично, когда сконцентрировано; Администрация США по охране труда и промышленной безопасности имеет строгий верхний предел в 50 частей на миллион для вдыхаемого воздуха, усредненный в течение восьмичасового рабочего дня и сорокачасовой рабочей недели. Учитывая его широкое промышленное использование и присутствие в природе, крайне важно принять эффективные меры по удалению нежелательного аммиака из атмосферы в нашей повседневной рабочей и жизненной среде.

Катализаторы, подобные тем, которые можно найти в каталитических нейтрализаторах автомобилей, могут помочь решить эту проблему. В отличие от фильтров, которые просто улавливают вредные вещества, каталитические фильтры могут помочь разложить аммиак на безвредные продукты, такие как газообразный азот и вода. Это не только безопаснее, предотвращает накопление токсичных химикатов, но и делает ненужной их регулярную замену. Однако обычные существующие катализаторы для аммиака функционируют только при температуре свыше 200 градусов Цельсия, что делает их неэффективными, а также неприменимыми для бытовых условий.

Теперь команда под руководством профессора проекта Тору Мураяма из Токийского столичного университета разработала каталитический фильтр, который может функционировать при комнатной температуре. Состоящий из наночастиц золота, прикрепленных к каркасу из оксида ниобия, этот новый фильтр обладает высокой избирательностью в том, во что он превращает аммиак, практически при любом превращении в безвредный газообразный азот и воду и без побочных продуктов оксида азота. Это известно как селективное каталитическое окисление (SCO). Они сотрудничали с промышленными партнерами из NBC Meshtec Inc., чтобы создать работающий прототип; Фильтр уже был применен для снижения газов, загрязненных аммиаком, до необнаружимых уровней.

Важно отметить, что команда также успешно раскрыла механизм, с помощью которого материал работает. Они показали, что наночастицы золота играют важную роль, причем увеличение нагрузки приводит к увеличению каталитической активности; они также обнаружили, что выбор каркаса был чрезвычайно важен, экспериментально показывая, что химические участки, известные как кислотные центры Бренстеда на основной цепи оксида ниобия, играют важную роль в том, насколько избирателен материал. Команда надеется, что общие принципы проектирования, подобные этому, могут найти применение для создания и модификации других каталитических материалов, расширяя область их применения.