Pesquisadores desenvolvem novo método para fotossintetizar peróxido de hidrogênio usando água e ar
Um material de estrutura orgânica covalente hexavalente (COF) recém-projetado que imita a fotossíntese. Crédito:Universidade Nacional de Singapura Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveram uma estrutura orgânica covalente microporosa com densas redes doadoras-aceitadoras e ligações projetadas para a produção eficiente e limpa de peróxido de hidrogênio (H2 O2 ) através do processo de fotossíntese com água e ar.
Produção industrial tradicional de H2 O2 através do processo de antraquinona usando hidrogênio e oxigênio consome muita energia. Esta abordagem emprega solventes tóxicos e catalisadores caros de metais nobres e gera resíduos substanciais de reações secundárias.
Em contraste, a produção fotocatalítica de H2 O2 a partir de oxigênio e água oferece uma rota energeticamente eficiente, suave e limpa. Mais importante ainda, aborda as desvantagens comuns dos sistemas fotocatalíticos existentes, tais como baixa atividade, uso pesado de doadores sacrificiais de álcool adicionais e a necessidade de entrada de gás oxigênio puro.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Jiang Donglin, do Departamento de Química da NUS, desenvolveu um novo tipo de fotocatalisador para a fotossíntese artificial eficiente de H2 O2 da água e do ar. Os pesquisadores construíram estruturas orgânicas covalentes hexavalentes (COFs) nas quais o esqueleto é projetado para ser colunas π doadoras-aceitadoras para geração de carga foto-induzida de alta taxa e sítios ativos catalíticos.
Paralelamente, o poro é projetado com canais microporosos trigonais hidraulicamente sensíveis para entrega imediata de reagentes água e oxigênio. Como resultado, esses COFs hexavalentes produzem H2 O2 espontaneamente e eficientemente da água e do ar atmosférico quando exposto à luz visível em reatores de batelada e de fluxo.
Em condições de laboratório, os COFs demonstram uma eficiência quântica de 17,5% sob luz visível a 420 nm em reatores descontínuos. Este sistema pode ser desenvolvido para construção de superfícies autolimpantes e para tratamentos de desinfecção.
Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Catalysis .
O professor Jiang disse:"Neste trabalho, abordamos com sucesso uma questão chave e comum em fotocatalisadores, eletrocatalisadores e catalisadores heterogêneos, que é o fornecimento eficiente de cargas e massa para locais catalíticos. Nosso foco no projeto estrutural preciso em nível atômico para explorar os esqueletos e os poros dos COFs levou à criação de um sistema de fotossíntese artificial para H2 O2 produção, alcançando eficiência fotocatalítica sem precedentes."
Mais informações: Ruoyang Liu et al, Estruturas orgânicas covalentes doadoras-aceitadoras projetadas por ligação para fotossíntese ideal de peróxido de hidrogênio a partir de água e ar, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01102-3 Fornecido pela Universidade Nacional de Cingapura
