Ny undersøgelse præsenterer højaktive ozygenerede grupper i kulstofmaterialer til oxygenreduktion til hydrogenperoxid

Hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) har fundet mange anvendelser i den moderne industri, herunder at fungere som en grøn oxidant i desinfektionsmidler, blegemidler, desinfektionsmidler, kemisk syntese, og endda som en potentiel energibærer. En ny katalysator, som muliggør on-site generering af H ₂ O ₂ er blevet udviklet. Det har fået stor opmærksomhed i både den akademiske verden og industrien som en hurtig, enkel og billig metode til at fremstille H ₂ O ₂ , som er i konstant efterspørgsel.

Et forskerhold, ledet af professor Jong-Beom Baek fra School of Energy and Chemical Engineering ved UNIST har udviklet en kulstofbaseret højeffektiv elektrokemisk katalysator til brug til fremstilling af H ₂ O ₂ . Fordi det er kulstofbaseret, det er billigt og kræver ingen kompliceret proces, og giver dermed mulighed for on-site produktion af H ₂ O ₂ . Denne undersøgelse er særlig meningsfuld, da den også har identificeret de aktive steder, hvor katalytiske reaktioner forekommer.

Hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ), almindeligt anvendt som desinfektionsmiddel på apoteker, er et miljøvenligt oxidationsmiddel, der bruges som lakrids i forskellige industrielle processer. Ud over, brintbrændselsceller, der anvendes i elektriske køretøjer, kan anvendes i stedet for brint, og efterspørgslen forventes at stige hurtigt i fremtiden. Imidlertid, anthraquinon processen, som producerer brintoverilte, er kompleks, stor, og bruger meget energi. Derfor, der er en omkostning ved at transportere og opbevare den producerede brintoverilte til stedet, og der er også et problem med at håndtere højreaktivt hydrogenperoxid i en høj koncentration.

Forskerholdet fokuserede på den elektrokemiske metode som en metode til fremstilling af brintoverilte til at erstatte anthraquinonprocessen. Dette er for at inducere oxygenreduktion til hydrogenperoxid ved at udvikle højeffektive katalysatorer baseret på billige kulstofmaterialer. De syntetiserede katalysatoren ved at binde funktionelle grupper såsom quinon, æter, og carbonyl til tynde kulstofbaserede materialer såsom grafen. Som resultat, det lykkedes at syntetisere en katalysator med en høj effektivitet på 97,8%.

Undersøgelsen identificerede også det nøjagtige aktive sted, hvor den katalytiske reaktion finder sted. Det carbonoxid-baserede materiale, der tidligere er rapporteret som en hydrogenperoxid-genererende katalysator, indeholder forskellige oxygenfunktionelle grupper, så det vides ikke præcist, hvilken funktionel gruppe der er det aktive sted for katalysatoren. Denne gang, de nøjagtige aktive steder blev analyseret ved at syntetisere carbonoxidmaterialer med separate oxygenfunktionelle grupper såsom quinon, æter, og carbonyl. Som resultat, det blev bekræftet, at carbonoxidmaterialet med mange funktionelle quinongrupper viser den højeste katalytiske effektivitet.

"Denne undersøgelse skal øge forståelsen af ​​de aktive steder, der er vigtige for hydrogenperoxidproduktion, " siger Gao-Feng Han, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. "Ud over eksperimentet, densitetsfunktionsteoriens beregningsmetode blev brugt til at bekræfte, at den funktionelle quinongruppe havde høj katalytisk aktivitet og meget lille overspænding i hydrogenperoxidproduktionsreaktionen (ORHP)."

"Vores resultater giver retningslinjer for design af kulstofbaserede katalysatorer, som samtidig har høj selektivitet og aktivitet for H ₂ O ₂ syntese, " siger professor Baek. "Gennem dette, det er muligt at reducere de nødvendige omkostninger til transport og opbevaring af brintoverilte og at udvide anvendelsesområdet for brintoverilte i forskellige industrielle områder."