Nova abordagem desenvolvida para produção eletrocatalítica de H₂O₂ e atualização de biomassa
Caracterizações eletroquímicas H2 O2 desempenho de síntese e processo eletro-Fenton acoplado de FeSAs/ACs-BCC. Crédito:Xu Hui Cientistas dos Institutos Hefei de Ciências Físicas da Academia Chinesa de Ciências sintetizaram um átomo único de Fe coordenado por oxigênio e um catalisador de agrupamento de átomos que exibe desempenho eletrocatalítico superior para peróxido de hidrogênio (H2 O2 ) produção e atualização de biomassa. A pesquisa foi publicada na Angewandte Chemie International Edition .
H2 O2 é um produto químico amplamente utilizado com aplicações em diversos campos, como meio ambiente, energia e saúde. Embora tradicionalmente produzida através de processos que consomem muita energia, a síntese eletrocatalítica oferece um método mais ecológico e eficiente usando água e oxigênio.
No entanto, esta abordagem requer eletrocatalisadores avançados para H2 seletivo e de alto rendimento. O2 produção, e mais atenção é necessária para utilizar o H2 gerado O2 , particularmente em processos eletroquímicos de oxidação orgânica. Isto oferece um potencial significativo para aplicações de valor agregado além da remediação ambiental.
Para este estudo, os pesquisadores usaram celulose bacteriana como regulador de adsorção e fonte de carbono em combinação com uma abordagem de várias etapas envolvendo processos de impregnação química úmida, pirólise e ataque ácido para criar um catalisador denominado carbono derivado de celulose bacteriana FeSAs/ACs ( BCC), consistindo em átomos únicos de Fe coordenados por oxigênio (SAs) e aglomerados de átomos (ACs).
A presença de SAs e clusters de Fe foi confirmada usando técnicas avançadas de imagem, como microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração. A estrutura atômica do Fe também foi determinada por espectroscopia de absorção de estrutura fina de raios X e espectroscopia de fotoelétrons de raios X. Cálculos teóricos e elucidação do mecanismo para 2e
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ORR. Crédito:Xu Hui Este catalisador apresentou excelente desempenho eletrocatalítico e seletividade para a reação de redução de oxigênio com 2 elétrons (2e
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ORR) sob condições alcalinas. Outras experiências com células H confirmaram o acúmulo de H2 O2 no eletrólito.
Os pesquisadores acoplaram o H2 gerado in situ O2 com o processo eletro-Fenton usando etilenoglicol como reagente e Na2 0,1 M acidificado SO4 como o eletrólito. Isto resultou em uma alta taxa de conversão de etilenoglicol e alta seletividade para ácido fórmico, demonstrando que o processo eletro-Fenton tem o potencial de melhorar as matérias-primas derivadas de biomassa através da atualização oxidativa.
Eles também desenvolveram uma célula de fluxo trifásica baseada no eletrodo de difusão de gás para melhorar ainda mais o H2 O2 colheita.
As análises da teoria do funcional da densidade indicaram que os locais cataliticamente ativos reais no 2e
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O processo ORR foram os aglomerados de Fe, e a interação eletrônica entre os átomos individuais de Fe e os aglomerados de Fe poderia melhorar significativamente o desempenho eletrocatalítico em direção a 2e
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ORR.
Este trabalho será útil para o projeto e desenvolvimento de eletrocatalisadores de nível atômico para 2e de alta eficiência
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ORR para H2 O2 e atualização de biomassa.
Mais informações: Hui Xu et al, Estrutura eletrônica reguladora de ferro atomicamente disperso de aglomerados de átomos de ferro para produção eletrocatalítica de H2O2 e atualização de biomassa, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314414 Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional
