Квантовая химия помогла решить проблему деградации катализаторов для производства озона 15.12.2025 1 Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа: (слева) новые электроды и (справа) использованные электроды через 24 часа. Черные пятна на использованных электродах обусловлены загрязнением углеродом. Ученые из США совершили значительный шаг на пути к обеспечению больниц и очистных сооружений безопасной системой обеззараживания воды без использования хлора, выявив причину деградации перспективных катализаторов, генерирующих озон. Исследователи из Университета Питтсбурга совместно с коллегами из Университета Дрекселя и Брукхейвенской национальной лаборатории раскрыли ключевые принципы проектирования катализаторов, которые производят дезинфицирующий озон по требованию. С помощью методов квантовой химии команда обнаружила, как микроскопические дефекты на поверхностях катализаторов одновременно позволяют производить озон и запускают процесс коррозии, который останавливает его производство. Эти выводы показали, как можно проектировать более долговечные системы для очистки воды без хлора. Хлор является основным дезинфицирующим средством для муниципальной питьевой воды, больниц и промышленных предприятий. Однако этот высокореактивный элемент имеет серьезные недостатки: он опасен при транспортировке и хранении, а также может образовывать потенциально канцерогенные побочные продукты, вступая в реакцию с органическими веществами. Озон, напротив, является мощным дезинфицирующим средством, которое распадается на кислород, не оставляя долгосрочных химических остатков. С помощью правильного катализатора электролиз воды может производить более безопасный и устойчивый озон, но ограниченное понимание работы таких катализаторов тормозило прогресс. Определив поверхностные дефекты, которые усиливают производство озона или вызывают коррозию, команда выявила черты, необходимые для стабильных катализаторов следующего поколения. Как отметили ученые, в оксидных катализаторах, которые они изучали, то, что формирует озон, парадоксальным образом подавляет его образование. Как только исследователи поняли, что одни и те же особенности поверхности, отвечающие за образование озона, также ускоряют разрушение катализатора, они начали проектировать озонообразующие центры, избегающие коррозии. Легированные никелем и сурьмой оксиды олова (NATO) ранее рассматривались как самый безопасный и экономичный вариант для электролитического генерации озона, однако они слишком быстро деградировали для широкого использования. Вычислительная работа бывшей аспирантки по химической инженерии Линьянь Чжао дала подсказки, почему это происходит. Её анализ был подтвержден в ходе экспериментов под руководством аспиранта и исследователя Университета Дрекселя Раяна Алофея. Результаты показали, что производительность катализатора определяется фундаментальным компромиссом между активностью и стабильностью, который будущие разработки должны тщательно контролировать. Команда полагает, что их открытие может иметь серьезные последствия для водоподготовки. Системы дезинфекции на основе озона, генерирующие газ непосредственно в воде, могли бы устранить необходимость транспортировки и хранения опасных химикатов. Такой подход может повысить безопасность в больницах, муниципальных объектах и удаленных установках, а также сократить количество вредных побочных продуктов, связанных с хлорной обработкой. Исследование было Source: https://new-science.ru/kvantovaya-himiya-pomogla-reshit-problemu-degradacii-katalizatorov-dlya-proizvodstva-ozona/