Forskere udvikler en ny metode til at fotosyntetisere brintoverilte ved hjælp af vand og luft

Forskere ved National University of Singapore (NUS) har udviklet en mikroporøs kovalent organisk ramme med tætte donor-acceptor-gitre og konstruerede bindinger til effektiv og ren produktion af hydrogenperoxid (H₂ O₂ ) gennem fotosynteseprocessen med vand og luft.

Traditionel industriel produktion af H₂ O₂ via anthraquinonprocessen ved hjælp af brint og oxygen er meget energikrævende. Denne tilgang anvender giftige opløsningsmidler og dyre ædelmetalkatalysatorer og genererer betydeligt affald fra sidereaktioner.

I modsætning hertil fotokatalytisk produktion af H₂ O₂ fra ilt og vand tilbyder en energieffektiv, mild og ren rute. Vigtigst er det, at det løser de almindelige ulemper ved eksisterende fotokatalytiske systemer, såsom lav aktivitet, stor brug af yderligere alkoholofferdonorer og nødvendigheden af ​​ren oxygengasinput.

Et forskerhold ledet af professor Jiang Donglin fra NUS Institut for Kemi har udviklet en ny type fotokatalysator til effektiv kunstig fotosyntese af H₂ O₂ fra vand og luft. Forskerne konstruerede hexavalente kovalente organiske rammer (COF'er), hvori skelettet er designet til at være donor-acceptor π-søjler til højhastigheds foto-induceret ladningsgenerering og katalytisk aktive steder.

Parallelt hermed er poren konstrueret med hydraulisk følsomme trigonale mikroporøse kanaler til øjeblikkelig levering af reaktanter vand og oxygen. Som et resultat producerer disse hexavalente COF'er H₂ O₂ spontant og effektivt fra vand og atmosfærisk luft, når de udsættes for synligt lys i både batch- og flowreaktorer.

Under laboratorieforhold viser COF'erne en kvanteeffektivitet på 17,5 procent under synligt lys ved 420 nm i batch-reaktorer. Dette system kan udvikles til at konstruere selvrensende overflader og til desinfektionsbehandlinger.

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Nature Catalysis .

Prof Jiang sagde:"I dette arbejde har vi med succes adresseret et centralt og almindeligt problem inden for fotokatalysatorer, elektrokatalysatorer og heterogene katalysatorer, som er den effektive forsyning af ladninger og masse til katalytiske steder. Vores fokus på præcist strukturelt design på atomniveau til udforske både skeletter og porer af COF'er har ført til skabelsen af ​​et kunstigt fotosyntesesystem for H₂ O₂ produktion, der opnår hidtil uset fotokatalytisk effektivitet."

Flere oplysninger: Ruoyang Liu et al., Kovalente donor-acceptor-kovalente organiske rammer til optimal fotosyntese af hydrogenperoxid fra vand og luft, Naturkatalyse (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01102-3

Leveret af National University of Singapore