Прорыв в области электрокатализаторов для производства H2O2

Разработан новый подход к электрокаталитическому производству H2O2 и переработке биомассы. 1 кредит

Китайские ученые создали новый электрокатализатор с атомами железа, координируемыми кислородом, что значительно улучшает производство H2O2 и переработку биомассы.

Этот катализатор знаменует собой значительный шаг в устойчивом химическом синтезе.

Ученые из Хэфэйского института физических наук (HFIPS) Китайской академии наук (CAS) синтезировали катализатор с одиночными атомами и кластерами атомов Fe, координируемый кислородом, демонстрирующий превосходные электрокаталитические характеристики в отношении производства H2O2 и обновления биомассы.

Значение H2O2 и электрокатализа

Перекись водорода (H2O2) является широко используемым химическим веществом, которое применяется в различных областях, таких как окружающая среда, энергетика и здравоохранение. Электрокаталитический синтез, традиционно производимый с помощью энергоемких процессов, предлагает более экологичный и эффективный метод с использованием воды и кислорода. Однако этот подход требует современных электрокатализаторов для высокого выхода и селективного производства H2O2, а также необходимо дополнительное внимание к использованию образующегося H2O2, особенно в процессах электрохимического окисления органических веществ. Это представляет собой значительный потенциал для приложений с добавленной стоимостью, помимо восстановления окружающей среды.

Характеристики, характеристики электрохимического синтеза H2O2 и связанный электро-Фентоновский процесс FeSA/ACs-BCC. 1 кредит

Инновационный процесс разработки катализаторов

В этом исследовании ученые использовали бактериальную целлюлозу в качестве регулятора адсорбции и источника углерода в сочетании с многоэтапным подходом, включающим процессы влажной химической пропитки, пиролиза и кислотного травления, для создания катализатора под названием FeSAs/ACs-BCC, состоящего из координированные кислородом одиночные атомы и кластеры атомов Fe. Наличие как одиночных атомов, так и кластеров Fe было подтверждено с использованием передовых методов визуализации, таких как сканирующая трансмиссионная электронная микроскопия с коррекцией аберраций. Также атомная структура Fe была определена с помощью рентгеновской тонкой структурной абсорбционной спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Исключительная производительность в электрокатализе

Этот катализатор продемонстрировал выдающиеся электрокаталитические характеристики и селективность в реакции двухэлектронного восстановления кислорода (2e – ORR) в щелочных условиях. Дальнейшие эксперименты на H-ячейке подтвердили накопление H2O2 в электролите.

Инновации в обновлении биомассы

• Исследователи успешно объединили полученную на месте H2O2 с процессом электрофентона, используя этиленгликоль в качестве реагента и подкисленный 0,1 М Na2 SO4 в качестве электролита. Это привело к высокой скорости конверсии этиленгликоля и высокой селективности по муравьиной кислоте, показывая, что процесс электро-Фентона имеет потенциал для улучшения сырья, полученного из биомассы, за счет окислительной модернизации.

Кроме того, они разработали трехфазную проточную ячейку на основе газодиффузионного электрода для дальнейшего повышения выхода H2O2.

Выводы из теории функционала плотности

• Анализ теории функционала плотности показал, что фактическими каталитически активными центрами в процессе 2e – ORR являются кластеры Fe, а электронное взаимодействие между отдельными атомами Fe и кластерами Fe может значительно улучшить электрокаталитические характеристики в направлении 2e – ORR.

Последствия для будущего дизайна катализаторов

• Это исследование играет важную роль в проектировании и разработке электрокатализаторов атомного уровня. Эти катализаторы необходимы для высокоэффективного 2e — ORR в H2O2 и переработки биомассы.

Источник

Метки: Катализаторы