Percée de l’électrocatalyseur pour une production efficace de H2O2 et une valorisation de la biomasse

Des scientifiques chinois ont créé un nouvel électrocatalyseur avec des atomes de Fe coordonnés avec l’oxygène, améliorant considérablement la production de H2O2 et la valorisation de la biomasse. Ce catalyseur marque une étape importante dans la synthèse chimique durable.

Des scientifiques des instituts de sciences physiques de Hefei (HFIPS) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) ont synthétisé des atomes uniques de Fe coordonnés avec l’oxygène et atome catalyseur de clusters, manifestant des performances électrocatalytiques supérieures vers H₂Ô₂ production et valorisation de la biomasse.

L’importance du H2O2 et de l’électrocatalyse

Peroxyde d’hydrogène (H₂Ô₂) est un produit chimique largement utilisé avec des applications dans divers domaines tels que l’environnement, l’énergie et la santé. Bien qu’elle soit traditionnellement fabriquée selon des processus énergivores, la synthèse électrocatalytique offre une méthode plus écologique et plus efficace utilisant de l’eau et de l’oxygène. Cependant, cette approche nécessite des électrocatalyseurs avancés pour un rendement élevé et un H sélectif.₂Ô₂ production, et une attention particulière est nécessaire pour utiliser le H généré₂Ô₂, en particulier dans les procédés d’oxydation organique électrochimique. Cela présente un potentiel important pour des applications à valeur ajoutée au-delà de l’assainissement de l’environnement.

Processus de développement de catalyseurs innovants

Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé la cellulose bactérienne comme régulateur d’adsorption et source de carbone en combinaison avec une approche en plusieurs étapes impliquant l’imprégnation par voie humide, la pyrolyse et acide-des processus de gravure pour créer un catalyseur appelé FeSAs/ACs-BCC, composé d’atomes uniques de Fe et d’amas d’atomes coordonnés en oxygène. La présence d’atomes uniques et d’amas de Fe a été confirmée à l’aide de techniques d’imagerie avancées telles que la microscopie électronique à transmission à balayage corrigée des aberrations. En outre, la structure atomique du Fe a été déterminée à l’aide de la spectroscopie d’absorption des structures fines des rayons X et de la spectroscopie photoélectronique des rayons X.

Performances exceptionnelles en électrocatalyse

Ce catalyseur a démontré des performances électrocatalytiques et une sélectivité exceptionnelles pour la réaction de réduction de l’oxygène à 2 électrons (2e^– ORR) dans des conditions alcalines. D’autres expériences sur les cellules H ont confirmé l’accumulation de H₂Ô₂ dans l’électrolyte.

Innovations dans la valorisation de la biomasse

Les chercheurs ont réussi à coupler le H généré in situ₂Ô₂ avec le procédé électro-Fenton utilisant de l’éthylène glycol comme réactif et du Na 0,1 M acidifié₂DONC₄ comme électrolyte. Cela a conduit à un taux élevé de conversion de l’éthylène glycol et à une sélectivité élevée pour l’acide formique, démontrant que le procédé électro-Fenton a le potentiel d’améliorer les matières premières dérivées de la biomasse grâce à une valorisation oxydative.

En dehors de cela, ils ont développé une cellule à circulation triphasée basée sur l’électrode à diffusion gazeuse pour améliorer encore l’H.₂Ô₂ rendement.

Aperçus de la théorie fonctionnelle de la densité

Les analyses de la théorie fonctionnelle de la densité ont indiqué que les sites catalytiquement actifs réels dans le 2e^– Le processus ORR était constitué des amas de Fe, et l’interaction électronique entre les atomes uniques de Fe et les amas de Fe pourrait améliorer considérablement les performances électrocatalytiques vers 2e.^– ORR.

Implications pour la conception future du catalyseur

Cette étude joue un rôle déterminant dans la conception et le développement d’électrocatalyseurs au niveau atomique. Ces catalyseurs sont essentiels pour un 2e à haut rendement^– ORR en H₂Ô₂ et valorisation de la biomasse.