等離子處理可修飾炭黑粉末，以催化有價值的化學物質

水稻科學家用氧等離子體處理了無金屬的炭黑，這是一種廉價的石油生產粉末產品。該工藝將缺陷和含氧基團引入碳顆粒的結構中，從而暴露出更大的相互作用表面積。

當用作催化劑時，稱為CB-等離子的有缺陷顆粒將氧氣還原為過氧化氫，其法拉第效率為100％，這是電化學反應中電荷轉移的量度。研究人員表示，該工藝有望取代複雜的基於蒽醌的生產方法，該方法需要昂貴的催化劑，併產生有毒的有機副產物和大量廢水。

賴斯化學家詹姆斯•圖爾（James Tour）和材料理論家鮑里斯•雅各布森（Boris Yakobson）的研究發表在美國化學學會的ACS催化雜誌上。

過氧化氫被廣泛用作消毒劑以及廢水處理，造紙和紙漿工業以及化學氧化。Tour預計，新工藝將影響過氧化氫催化劑的設計。

托爾說：“這裡概述的電化學過程不需要金屬催化劑，這將降低成本，並使整個過程變得更加簡單。” “正確設計碳結構可以提供合適的活性位點，在保持OO鍵的同時還原氧分子，因此過氧化氫是唯一的產物。此外，無金屬設計有助於防止過氧化氫的分解。”

等離子體處理會在炭黑顆粒中產生缺陷，這些缺陷在材料的原子晶格中以五元或七元環的形式出現。該過程有時會去除足夠多的原子以在晶格中建立空位。

催化劑的工作原理是從氧氣中抽出兩個電子，使其與兩個氫電子結合生成過氧化氫。（透過四電子還原氧氣，這是燃料電池中使用的一種工藝，會產生水作為副產物。）

雅各布森說：“對過氧化物而不是水的選擇性本身並非來自炭黑，而是（主要作者和萊斯大學的研究生）李欽坤的計算表明，它是由等離子體處理產生的特定缺陷引起的。” “這些催化缺陷部位有利於關鍵中間體的鍵結，以形成過氧化物，降低了反應壁壘並加速了理想的結果。”

由於高溫下CB-等離子暴露於氬氣中會除去大部分氧基團，因此實驗室推斷出碳缺陷本身是催化還原為過氧化氫的原因。

工藝的簡單性可以使有價值的化學物質更多地在本地產生，從而減少了從集中工廠運輸化學物質的需求。Tour指出，CB-Plasma與現在用於產生過氧化氫的最新材料的效率相匹配。

Tour說：“按比例縮放此過程比現在的方法容易得多，而且如此簡單，以至於即使很小的單元也可以在需要的位置產生過氧化氫。”

賴斯最近幾個月採用了第二種工藝，以提高過氧化氫的生產效率。賴斯化學和生物分子工程師王浩天及其實驗室開發了一種氧化的碳奈米粒子基催化劑，該催化劑可從陽光，空氣和水中產生化學物質。