Klor är en av de mest använda industrikemikalierna i världen idag, med 75 miljoner ton producerade årligen. Ett team av forskare, knuten till UNIST har nyligen hittat ett sätt att göra tillverkningen av klor mer effektiv och prisvärd. Detta förväntas vara till stor hjälp för klorrelaterade industrier.

En gemensam forskargrupp, ledd av professor Sang Hoon Joo och professor Sang Kyu Kwak vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har avslöjat en ny katalysator (Pt1/CNT) för elektrokemisk klorgenerering.

De befintliga elektrokemiska katalysatorerna för klorgenerering innehåller en stor mängd ädla metaller, såsom rutenium (Ru) och iridium (Ir), är därför dyra och inte särskilt effektiva när det gäller produktion. Dessutom, i tillstånd med låg klorkoncentration och en pH-neutral miljö, syre genereras förutom klor, och detta minskar den totala klorproduktionseffektiviteten. Forskargruppen utvecklade en icke-metalloxid baserad på en slutsats att sådana nackdelar har sina rötter i de inneboende egenskaperna hos metalloxidbaserade katalysatorer.

Den nyutvecklade katalysatorn (Pt1/CNT) är en monoatomisk dispersionskatalysator i vilken platina (Pt) atomer som är omgivna av fyra kväve (N) atomer, är dispergerade på kolnanorör (CNT). Eftersom katalysatorn är helt exponerad på ytan av metallatomerna (Pt), den har hög effektivitet och bättre prestanda än de befintliga kommersiella DSA-katalysatorerna under olika elektrolytförhållanden, även med den lilla mängden. Dessutom, den innehöll höga klorjoner, som havsvatten, eller tvärtom. Det kan appliceras på elektrokemisk vattenbehandlingsutrustning i framtiden.

"Det har bekräftats att endast klorjoner adsorberades selektivt på de aktiva platserna för Pt1/CNT, medan andra ytterligare reaktioner undertrycktes, "säger Taejung Lim vid Institutionen för kemiteknik vid UNIST, den första författaren till studien. "Detta kommer att fungera som en ny katalysator, som övervinner den grundläggande nackdelen med de befintliga metalloxidkatalysatorerna."

I studien, Professor Kwak och Dr. Gwan Yeong Jung tillämpade sina experimentella data på de teoretiska beräkningarna för att undersöka strukturen av aktiva platser och principen för elektrokemiska reaktioner. De fann att den förbättrade strukturella integriteten mellan de aktiva platserna och kolnanorören resulterar i mjukare elektronöverföring och en markant förbättring av den katalytiska prestandan.

"Genom molekylär modellering och densitetsfunktionella beräkningar, vi har identifierat den centrala strukturen för aktiva platser i Pt1/CNT, ", säger professor Kwak. "Denna beräkningsprincip förväntas bidra till tolkningen av reaktivitets- och reaktionsprinciperna för olika monoatomiska katalysatorer i framtiden."

"Den monoatomiska katalysatorn som utvecklades denna gång är ett nytt katalysatordesignkoncept som förändrar paradigmet för den ädelmetalloxidkatalysator som kommersialiserats för 50 år sedan, " säger professor Joo. "I synnerhet, den nya katalysatorn påverkas inte av elektrolytens sammansättning, förväntas därför användas i en mängd olika tillämpningar, såsom medel- och småskalig vattenrening, samt behandling av barlastvatten."