創新科技：利用電池從空氣中生產過氧化氫，環保又高效

過氧化氫（H₂O₂）在工業上廣泛應用於漂白、消毒和氧化劑等領域。然而，傳統的工業生產方式不僅成本高昂，還需要消耗大量能源，主要因為生產過程中使用了稀有且昂貴的金屬催化劑。為瞭解決這一問題，印度科學研究院（IISc）的研究團隊開發了一種全新的現場生產策略，不僅能高效生成過氧化氫，還能降解工業汙染物，例如有毒染料。

這項技術的核心在於利用鋅空氣電池，透過氧氣還原反應來生成過氧化氫。研究團隊的負責人、跨領域能源研究中心（ICER）和固態與結構化學單位（SSCU）的教授Aninda J Bhattacharyya表示：「鋅是一種豐富且歷史悠久的元素，在印度非常便宜且容易取得。」這項研究已發表在《Small Methods》期刊上。

鋅空氣電池的結構包括鋅作為陽極（負極），而周圍的空氣則作為陰極（正極）。當電池放電時，空氣中的氧氣在陰極被還原，進而生成過氧化氫。Bhattacharyya解釋道：「這裡的關鍵在於控制氧氣還原反應的程度。如果不加以控制，反應最終只會生成水。」

為了實現這一控制，研究團隊使用了特定的催化劑。該研究的第一作者、SSCU的博士生Asutosh Behera表示：「我們使用了一種基於碳的非金屬催化劑。」這些催化劑通常會促使反應生成水，對過氧化氫的選擇性較低。然而，透過在催化劑中加入某些化學修飾，例如氧官能團，可以將反應選擇性導向生成過氧化氫。

Bhattacharyya強調，利用電池直接生產過氧化氫是一種全新的方法。「你不需要做其他事情，只需執行電池即可。我們已經調整了電壓，使其僅生成過氧化氫。」此外，使用電池的另一個優勢是，除了化學反應外，它還能產生或儲存電能。Bhattacharyya補充道：「我們在生成過氧化氫的同時，也在儲存能量，因為這一切都在電池內部進行。」

由於過氧化氫是無色的，因此需要透過引入染料來檢測其生成。這些染料通常是紡織業產生的有毒汙染物。當過氧化氫生成時，它會與染料反應，降解染料並改變其顏色。Behera解釋道：「生成的過氧化氫會進一步分解成各種自由基（如氫氧根和超氧化物），這些高活性的有機物種最終會降解紡織染料。」這種降解不僅提高了過氧化氫的生產效率，還能消除有毒染料。

儘管這項技術前景看好，但仍面臨一些挑戰。Bhattacharyya指出，例如鋅空氣電池涉及固體（鋅）、液體（電解質）和氣體（空氣）三相，這使得其操作比大多數僅有兩相的電池更加複雜。然而，研究團隊相信這項策略具有可擴充套件性，並可能應用於其他領域，例如在偏遠地區發電。Bhattacharyya總結道：「這種方法非常永續、低成本且高效能，具有廣泛的應用潛力。」