Forskare från Tokyo Metropolitan University rapporterar att en nykonstruerad katalysator gjord av guldnanopartiklar som stöds på en metalloxidram visar nedbrytning av ammoniakföroreningar i luft, med utmärkt selektivitet för omvandling till kvävgas. Viktigt, det är effektivt vid rumstemperatur, vilket gör den lämplig för vardagliga luftreningssystem. Teamet identifierade framgångsrikt mekanismen bakom detta beteende, banar väg för design av andra nya katalytiska material.

Ammoniak är en vanlig industriell kemikalie, används främst som råvara för gödningsmedel samt desinfektionsmedel i både hushålls- och medicinska miljöer. Det är också mycket giftigt när det är koncentrerat; USA:s arbetssäkerhets- och riskadministration har en strikt övre gräns på 50 ppm i andningsluft i genomsnitt över en åtta timmars arbetsdag och fyrtio timmars arbetsvecka. Med tanke på dess breda industriella användning och närvaro i naturen, Det är viktigt att effektiva åtgärder vidtas för att avlägsna oönskad ammoniak från atmosfären i vardagliga arbets- och livsmiljöer.

Katalysatorer, som de som finns i bilens katalysatorer, kan hjälpa till att lösa detta problem. Till skillnad från filter som helt enkelt fångar upp skadliga ämnen, katalytiska filter kan hjälpa till att bryta ner ammoniak till ofarliga produkter som kvävgas och vatten. Det är inte bara säkrare, förhindra uppbyggnad av giftiga kemikalier, det gör det också onödigt att byta ut dem regelbundet. Dock, vanliga befintliga katalysatorer för ammoniak fungerar bara vid temperaturer över 200 grader Celsius, vilket gör dem ineffektiva och otillämpliga för hushållsmiljöer.

Nu, ett team ledd av projektprofessor Toru Murayama från Tokyo Metropolitan University har designat ett katalytiskt filter som kan fungera vid rumstemperatur. Bestående av guldnanopartiklar som fastnar på en ram av niobiumoxid, det nydesignade filtret är mycket selektivt i vad det omvandlar ammoniak till, med nästan all omvandling till ofarlig kvävgas och vatten och inga kväveoxidbiprodukter. Detta är känt som selektiv katalytisk oxidation (SCO). De samarbetade med industriella partners från NBC Meshtec Inc. för att ta fram en fungerande prototyp; filtret har redan använts för att reducera gaser som är förorenade med ammoniak till oupptäckbara nivåer.

Viktigt, teamet har också framgångsrikt avslöjat mekanismen genom vilken materialet fungerar. De visade att guldnanopartiklar spelar en viktig roll, med ökad belastning som leder till ökad katalytisk aktivitet; de fann också att valet av ram var oerhört viktigt, visar experimentellt att kemiska platser kända som Brønsted-syraställen på nioboxidryggraden spelade en viktig roll för hur selektivt materialet var. Teamet hoppas att allmänna designprinciper som denna kan tillämpas på skapandet och modifieringen av andra katalytiska material, utöka sitt växande utbud av applikationer.