科学家团队探索出直接合成过氧化氢的机制

材料牛注：过氧化氢被广泛应用于化工生产中，然而其生产却受到设备、能耗成本、运输等限制。目前研究人员探索出直接合成过氧化氢机制，使得合成过氧化氢更加便捷。

从用于制造汽车座椅的聚氨酯到经由漂白过的木质纸浆生产的纸制品，在这一系列产品大规模生产过程中，我们经常要用到氯这种物质。氯能充分激活分子间的强键作用力，这利于制造商生产我们必需的日常用品。但同时它也是一种具有潜在危害的化学制品，一旦逸出到生活环境中便会衍生为具有危害性的副产物，如氯仿和二氧杂芑（或称二恶英）。

因此，科学家们和许多企业一直在探索更环保无害的氯替代物--过氧化氢，即H2O2。但它的的价格较昂贵。过氧化氢的生产通常是集中在大型设备中，且需要大量能耗用于分离，浓缩及运输。目前，全球有一小部分企业开始用已有的工艺生产过氧化氢，但相同条件下用过氧化氢代替氯来生产聚氨酯前驱体的结果表明，其生产成本提高，但节约能耗且减小对环境的影响。理论上，小规模的工厂也将能够在反应装置内合成过氧化氢，但这将需要一系列完全不同的化学反应机理和过程来帮助实现，由氢气和氧气直接合成过氧化氢，据伊利诺伊州厄巴纳尚佩恩分校的研究人员了解到这种方法长期以来人们知之甚少。

由化学和生物分子工程助理教授David Flaherty及研究生Neil Wilson的最新研究揭示了催化剂钯簇作用下直接合成过氧化氢的机制，同时也为设计更加优异的且与生产设备规模无关的催化剂来生产过氧化氢以代替有害氯的使用铺平了道路。该项研究发表于2016年1月20日美国化学学会期刊的封面。

Wilson曾说，这种直接合成过氧化氢机理目前已得到普遍的认同，其本质是氢原子和氧原子一个挨一个依附于催化剂表面上，而后再发生反应。为了更好地了解其发生机理，他花了一年多时间设计了一个反应器、一套精确的实验程序，然后收集和分析反应速率数据。

目前研究人员对于催化剂表面一些反应的发生机理有更好的认识，并且对在此化学反应过程的本质是质子和电子的传输表示赞同。然而这种理论并没有认识到催化剂表面上的氧与各种液相反应，因此，过氧化氢的直接合成强烈地受到该溶液本身的影响。而水的形成（不希望的副反应）主要受催化剂表面性质的影响。

“由于我们清楚了催化剂表面上到底发生了什么，我们就可以开始用逆向逻辑思维推理设计催化剂，” Wilson说。该研究小组目前正在寻找到另一种催化剂--钯金，过去的研究工作表明钯金对H2O2有极强的选择性。“人们至今仍不完全知道为什么钯金对过氧化氢是如此有选择性，” Wilson补充说道。但似乎本研究的这个新的合理性认识将有助于解释这些材料的选择性。

目前在弗莱厄蒂实验室的几个学生正在探索“在微尺度方面（达到微米级别），将这种化学技术和过氧化氢的绿色氧化反应结合起来”。Flaherty说，“如果我们能使形成过氧化氢的催化剂尽可能接近能直接在氧化反应中发挥作用的物质，我们就可以避免浓缩和运输过氧化氢等的全部问题。”

素材：丁菲菲 译者：戴臻盛 校对：邓婷婷

原文网址。

材料牛编辑整理。