Interaction of hydrogen peroxide with amorphous oxides of d0 metals

Celem pracy była identyfikacja reaktywnych form tlenu powstających podczas rozkładu nadtlenku wodoru katalizowanego na powierzchniach amorficznych materiałów tlenkowych. Do badań wybrano tlenki Nb2O5, Ta2O5, TiO2, ZrO2, które zsyntezowano w procesie zol-żel. Otrzymane materiały zbadano pod kątem składu chemicznego (XRF), fazowego (XRD, Raman) oraz potencjału dzeta. Amorficzne formy tlenków poddano reakcji z H2O2 w warunkach kontrolowanego pH. Produkty reakcji badano metodami EPR i Ramana. Ustalono, że w zależności od pH roztworu rozkład H2O2 na amorficznych tlenkach prowadzi do utworzenia rodników ponadtlenkowych (pH zbliżone do wartości punktu izoelektrycznego) lub grup nadtlenowych (pH powyżej punktu izoelektrycznego). Powierzchniowe rodniki ponadtlenkowe charakteryzują się dużą trwałością kinetyczną z czasem połowicznego zaniku rzędu kilku dni. Zastosowanie pułapki spinowej DMPO pozwoliło na identyfikację rodników O2-• i OH• w roztworze nad katalizatorem. Krystaliczne formy badanych tlenków okazały się nieaktywne w procesie rozkładu. Ustalono, że opisywany rozkład H2O2 zachodzi na drodze reakcji elektroprotycznych, w których kluczową rolę odgrywają kwasowo-zasadowe właściwości powierzchni amorficznych tlenków.

The aim of this study was to identify the reactive oxygen species generated during the decomposition of hydrogen peroxide catalyzed on the surface of amorphous oxide materials. Selected oxides including Nb2O5, Ta2O5, TiO2, and ZrO2 were synthesized by the sol-gel method. The resulting materials were tested for chemical composition (XRF), phase composition (XRD, Raman), and zeta potential. The amorphous forms of the oxides were examined in the reaction with H2O2 under controlled pH. The reaction products were studied by EPR and Raman spectroscopies. It was found that depending on the pH of the solution, H2O2 decomposition led to the formation of superoxide radicals (pH close to the isoelectric point) or peroxide groups (pH above the isoelectric point). Surface superoxide radicals exhibited high kinetic stability with a half-life time of several days. The use of the DMPO spin trap allowed for identification of the O2-• and OH• radicals in the solution. Crystalline forms of the studied oxides proved to be inactive in the process of H2O2 decomposition. It was found that the decomposition of H2O2 occurred via electroprotic reactions, in which the key role played the acid-base properties of the surface of the amorphous oxides.