O peróxido de hidrogênio é usado em muitas indústrias para diversos fins, incluindo branqueamento, tratamento de esgoto, esterilização e até mesmo como combustível de foguete. Como o subproduto do peróxido de hidrogênio é a água, ele foi elogiado como um produto químico “verde”, ecologicamente correto, mas um olhar mais atento ao processo de produção do peróxido de hidrogênio revela uma história mais complicada. Problemas como a quantidade de energia usada no processo de produção e a mineração dos produtos químicos necessários têm impactos ambientais dramáticos. À medida que a demanda por peróxido de hidrogênio aumenta globalmente, os pesquisadores estão tentando encontrar novas maneiras de produzir peróxido de hidrogênio que sejam mais seguras e melhores para o meio ambiente.
Pesquisas anteriores identificaram técnicas usando fotocatálise, o uso de luz para iniciar uma reação química e elétrons quentes, que são elétrons de alta energia que foram carregados através de luz visível e infravermelha, como soluções alternativas para a produção de peróxido de hidrogênio. Tanto a fotocatálise quanto os elétrons quentes foram usados ​​em alternativas de energia verde, como a energia solar, no passado, mas as limitações de ambos os processos impediram que fossem implementados para a produção de peróxido de hidrogênio.

Para lidar com algumas dessas limitações, pesquisadores da Universidade Jiao Tong de Xangai encontraram maneiras de fazer com que os elétrons quentes durem mais para que a fotocatálise possa ser usada para produzir peróxido de hidrogênio em um processo de produção mais seguro e limpo.

As descobertas foram publicadas em 25 de junho na Nano Research .

O autor do artigo Xinhao Li, professor da Escola de Química e Engenharia Química da Universidade Jiao Tong de Xangai, explicou algumas das limitações do uso de elétrons quentes na produção de peróxido de hidrogênio. "O tempo de vida dos elétrons quentes, tipicamente em uma escala de tempo de 0,4 a 0,3 picossegundos, não pode ser comparado com a escala de tempo de reações químicas típicas, incluindo a reação de redução de oxigênio ao peróxido de hidrogênio. métodos poderosos para prolongar a vida útil de transportadores quentes termalizados sobre fotocatalisadores baratos para produção de peróxido de hidrogênio usando apenas água, ar e luz solar", disse Li.

O método para manter a energia dos elétrons quentes proposto pelos pesquisadores é simples. Uma heterojunção - uma combinação de duas camadas diferentes de semicondutores - de dióxido de titânio rutilo e grafeno é feita para coletar os elétrons quentes. Os primeiros pesquisadores exploraram maneiras de produzir sinteticamente o dióxido de titânio rutilo de forma rápida e eficiente. Leva 24 horas para o processo de transferência de fase pelo método de moagem para converter o dióxido de titânio anatase em dióxido de titânio rutilo, mas os pesquisadores conseguiram reduzir isso para 5 minutos.

A combinação de dióxido de titânio rutilo e grafeno forma uma barreira Schottky elevada, essencial para prolongar a vida útil dos elétrons quentes. Uma barreira Schottky se forma entre um metal e um semicondutor e atua como uma barreira para os elétrons. Como a barreira Schottky entre o dióxido de titânio rutilo e o grafeno é alta, facilita a injeção de elétrons quentes e evita que os elétrons fluam para trás através da barreira. A barreira elevada é alcançada devido à rápida transferência de fase entre o dióxido de titânio anatase e o dióxido de titânio rutilo. A rápida transferência de fase e a barreira elevada permitem uma longa vida útil da fluorescência e melhor eficiência, aumentando a produção de peróxido de hidrogênio usando luz visível e infravermelha próxima. Os pesquisadores suspeitam que o dióxido de titânio de grafeno/rutilo pode ser reutilizado por pelo menos seis ciclos de reações padrão, tornando-o ainda mais eficiente na produção de peróxido de hidrogênio.

Quanto ao que vem a seguir, os pesquisadores estão analisando como simplificar o processo. "No trabalho de acompanhamento, esperamos desenvolver estratégias mais simples para otimizar a heteroestrutura da fotocatálise para melhorar ainda mais a utilização de elétrons quentes fotogerados. Este sistema fotocatalítico impulsionado por elétrons quentes fotogerados em heterojunções baratas livres de metais nobres mostra um potencial significativo como um novo sistema de fotossíntese artificial", disse Li. + Explorar mais

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