Ученые нашли ключ к созданию безопасных систем обеззараживания воды озоном

Исследователи из Университета Питтсбурга вместе с коллегами из Университета Дрекселя и Брукхейвенской национальной лаборатории определили ключевые принципы работы катализаторов для генерации озона. Это открытие может привести к созданию более безопасной и экологичной альтернативы хлору для обеззараживания воды в больницах и на очистных сооружениях.

Сканирующие электронные микрофотографии (слева) свежих электродов и (справа) использованных электродов после 24 часов работы. Черные пятна на использованном электроде являются углеродным загрязнением. Автор: John Keith Lab/University of Pittsburgh

Хлор, широко применяемый для дезинфекции, опасен при транспортировке и хранении, а его побочные продукты могут быть канцерогенными. Озон, который разлагается на кислород, лишен этих недостатков, но технологии его генерации «по требованию» нуждались в эффективных и стабильных катализаторах.

Ученые сосредоточились на изучении катализаторов на основе оксида олова, легированного никелем и сурьмой (NATO). Эти материалы считаются перспективными, но быстро деградируют. С помощью квантово-химического моделирования и экспериментов команда выяснила, что дефекты на поверхности катализатора играют двойную роль.

«То, что образует озон, парадоксальным образом также подавляет его образование. Теперь, когда мы это понимаем, возникает интересная задача: как спроектировать центры генерации озона, которые не вызывают коррозионных реакций, разрушающих катализатор», — пояснил Джон Кит, ведущий автор исследования.

Оказалось, что эти дефекты ускоряют перенос электронов, необходимый для образования озона, но одновременно делают материал уязвимым для коррозии при взаимодействии с водой. Понимание этого механизма открывает путь к проектированию новых, более стабильных катализаторов.

Технологии, способные генерировать озон непосредственно в воде там, где это необходимо, могут революционизировать практику водоподготовки, сделав ее безопаснее и экологичнее.

Больше информации: Rayan Alaufey et al, Electrochemical Corrosion and Catalysis Dynamics of Tin Oxide during Water Oxidation, ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c04461