Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Wan Yinhua do Instituto de Engenharia de Processos da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu um catalisador com dupla atividade catalítica fotocatalítica e biomimética para a produção de peróxido de hidrogênio (H₂ O₂ ).



A estratégia envolve carregar nanopartículas de ouro (AuNPs) em nanofolhas de nitreto de carbono de grafite (GCN) usando polietilenoimina (PEI) como "ponte". O estudo foi publicado no Chemical Engineering Journal .

H₂ O₂ , reconhecido como um oxidante ecologicamente correto, é amplamente utilizado em vários campos, como tratamento médico, restauração ambiental, química fina e indústrias eletrônicas. No entanto, o método convencional de H₂ O₂ a produção depende do processo de antraquinona, que apresenta várias desvantagens, incluindo alto consumo de energia, uso de solventes orgânicos e riscos à segurança. Portanto, há uma necessidade premente de desenvolver um processo de fabricação sustentável e ecológico para H₂ O₂ .

A fotocatálise movida a energia solar é uma estratégia alternativa promissora para H₂ O₂ produção, e GCN é uma escolha popular no campo da fotocatálise devido à sua síntese simples, economia, propriedades físicas e químicas estáveis ​​e amplo espectro de absorção de luz. No entanto, as nanofolhas GCN por si só têm desempenho limitado em H₂ fotocatalítico O₂ produção em água pura devido à alta barreira energética de dissociação da água e baixa eficiência de separação de portadores de carga.

Agentes de sacrifício (atuando como doadores de elétrons), como etanol, isopropanol e álcool benzílico, são comumente usados ​​para melhorar a seletividade da redução de oxigênio. No entanto, a adição de agentes orgânicos tem impactos ambientais adversos, o que não contribui para a sustentabilidade do H₂ O₂ Produção. Portanto, é crucial projetar um material GCN com maior eficiência de separação de pares elétrons-buracos para facilitar a oxidação da água e a redução do oxigênio.

"Inspirados no sistema catalítico acoplado a fotoenzimas em cloroplastos, desenvolvemos um catalisador composto carregando AuNPs (imitadores de enzimas) em nanofolhas de GCN (fotocatalisador) usando PEI como 'ponte' (PEI-GCN/Au)", Prof. disse.

A introdução de PEI e AuNPs ajuda a ajustar a estrutura eletrônica do GCN, facilitando a rápida separação dos portadores fotogerados. A ressonância plasmônica de superfície dos AuNPs, quando excitada pela luz incidente, promove a ativação de moléculas de glicose, elevando sua reatividade com O₂ e melhorando a produção catalítica de H₂ que imita a glicose oxidase O₂ . A enxertia de PEI e a adição de glicose aumentam o O₂ adsorção na superfície do catalisador.

O composto PEI-GCN/Au demonstra H₂ excepcional O₂ eficiência de produção (270 μmol g ^-1 h ^-1 ) sob irradiação de luz visível, utilizando apenas glicose, H₂ O e O₂ como reagentes. Como resultado, tanto a redução catalítica biomimética quanto a fotocatalítica de O₂ para H₂ O₂ são aprimorados, alcançando um efeito de aprimoramento sinérgico significativo de 175%.

"Este trabalho estabelece um paradigma de acoplamento de catálise biomimética e fotocatálise para coprodução de produtos químicos. Ele não apenas fornece insights sobre o desenvolvimento de materiais para H₂ eficiente O₂ produção, mas também introduz um conceito inovador para integração de biocatálise e fotocatálise", disse o Prof. Luo Jianquan, autor correspondente deste estudo.

Mais informações: Huiru Zhang et al, Catálise fotoacoplada biomimética para aumentar a produção de H2O2, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.149183
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências