开发一种催化剂净化除草剂污染的水并产生氢气

俄勒冈州立大学科学学院的研究人员开发了一种双重用途催化剂，可以净化除草剂污染的水，同时产生氢气。

该项目包括俄勒冈州立大学工程学院和惠普公司的研究人员，因此非常重要，因为水污染是一项重大的全球挑战，而氢是一种清洁的可再生燃料。

这项研究探索光活性催化剂的研究结果今天发表在ACS Catalysis杂志上。

“我们可以将氧化和还原结合到一个单一过程中，以实现高效的光催化系统，”俄勒冈州立大学的Kyriakos Stylianou说。“氧化通过光降解反应发生，并通过析氢反应还原。

催化剂是一种增加化学反应速率而不经历任何永久性化学变化的物质。

光催化剂是吸收光以达到更高能级的材料，并可以利用该能量通过氧化分解有机污染物。光触媒的众多应用包括用于防污和防异味墙壁、地板、天花板和家具的自清洁涂料。

化学助理教授Stylianou领导了这项研究，该研究涉及来自金属有机框架(MOF)的二氧化钛光催化剂。

MOF由被有机“接头”分子包围的带正电荷的金属离子组成，是具有可调结构特性和纳米孔的结晶多孔材料。它们可以设计有决定 MOF 特性的各种组件。

在MOFs的煅烧(高加热而不熔化)下，可以生成像二氧化钛这样的半导体材料。二氧化钛是最常用的光催化剂，它存在于矿物锐钛矿、金红石和板石中。

Stylianou和包括俄勒冈州立大学工程学院的Líney Árnadóttir和惠普的William Stickle在内的合作者发现，掺杂氮和硫的锐钛矿是同时产生氢气和降解大量使用的除草剂草甘膦的最佳“两鸟一石”光催化剂。

草甘膦，也称为N-膦酰甲基甘氨酸或PMG，自首次以商品名Roundup出现在市场上以来，在过去的50年中，草甘膦已广泛喷洒在农田上。

“PMG总量中只有一小部分被作物吸收，其余的则进入环境，”Stylianou说。“这引起了人们对PMG浸出到土壤和地下水中的担忧，也应该 - 受污染的水可能对地球上每个生物的健康有害。除草剂渗入水道是水污染的主要原因。

在发现氢的一系列化合物中，水是最常见的，通过光催化分解水来生产氢气比传统的氢气方法更清洁，更可持续 - 通过称为甲烷 - 蒸汽重整的二氧化碳产生过程从天然气中提取氢气。

除了与能源相关的作用外，氢还具有许多科学和工业用途。它用于汽车燃料电池，制造包括氨在内的许多化学品，精炼金属和生产塑料。

“水是一种丰富的氢源，光催化是利用地球丰富的太阳能进行氢气生产和环境修复的一种方式，”Stylianou说。“我们正在证明，通过光催化，可以生产可再生燃料，同时去除有机污染物，或将它们转化为有用的产品。

包括研究生Emmanuel Musa，博士后研究员Sumandeep Kaur以及学生Trenton Gallagher和Thao Mi Anthony在内的合作还测试了其光催化剂对另外两种常用除草剂草铵膦和2，4-二氯苯氧乙酸污染的水。它也适用于含有它们的水 - 甚至含有这两种化合物和PMG的水。