Le peroxyde d'hydrogène est l'un des 100 meilleurs produits chimiques industriels au monde avec un large éventail d'applications dans les industries chimiques, médicales et semi-conducteurs. Actuellement, le peroxyde d'hydrogène est principalement produit par le processus d'anthraquinone, mais ce processus a plusieurs problèmes, notamment une consommation élevée d'énergie, l'utilisation de catalyseurs de palladium coûteux et la pollution de l'environnement en raison de sous-produits.
Ces dernières années, une méthode respectueuse de l'environnement de production de peroxyde d'hydrogène par réduction électrochimique de l'oxygène à l'aide de catalyseurs de carbone bon marché a attiré l'attention. Cependant, cette méthode a été limitée par le coût élevé de l'injection d'oxygène à haute pureté et les limites pratiques que le peroxyde d'hydrogène généré est principalement produit dans un environnement électrolyte de base instable.
Pour surmonter cette limitation, une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Jong Min Kim, Center for Extreme Materials Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST), a développé un catalyseur mésoporeux très efficace qui peut produire efficacement le peroxyde d'hydrogène même dans les environnements d'alimentation aérienne avec de faibles concentrations en oxygène et des électrolytes neutres en introduisant des mésopores de carbon.
L'œuvre est publiée dans la revue Matériaux avancés.
L'équipe a synthétisé le carbone dopé au bore avec des mésopores d'environ 20 nanomètres (nm) en réagissant le dioxyde de carbone à gaz à effet de serre (CO (CO2), l'agent réducteur puissant borohydride de sodium (NABH4) et carbonate de calcium de taille méso (Caco3) Particules, suivis d'une élimination sélective des particules de carbonate de calcium.
L'utiliser comme catalyseur pour la production électrochimique de peroxyde d'hydrogène, des expériences et des calculs ont montré que les caractéristiques de surface incurvées formées par les mésopores offrent une excellente activité catalytique même dans les environnements électrolytiques neutres, où les réactions de production de peroxyde d'hydrogène sont difficiles.
En outre, l'analyse Raman en temps réel a confirmé que la structure mésoporeuse facilite le transfert en douceur de l'oxygène en tant que réactif, permettant de maintenir une activité catalytique élevée même dans des environnements aériens avec une concentration d'oxygène d'environ 20%.
Sur la base de ces résultats, l'équipe a démontré que les catalyseurs de carbone mésoporeux dopés au bore, lorsqu'ils sont appliqués à un réacteur de production de masse de peroxyde d'hydrogène, peuvent atteindre l'efficacité de production de peroxyde d'hydrogène de classe mondiale de plus de 80% dans des conditions de courant quasi-commercial de la densité de courant neutre et de la densité de courant de 200 mA / cm2).
En particulier, l'équipe a réussi à produire des solutions de peroxyde d'hydrogène avec une concentration de 3,6%, ce qui dépasse la concentration médicale de peroxyde d'hydrogène (3%), suggérant la possibilité de commercialisation.
« La technologie mésoporeuse du catalyseur du carbone, qui utilise l'oxygène de l'air que nous respirons pour produire du peroxyde d'hydrogène à partir d'un électrolyte neutre, est plus pratique que les catalyseurs conventionnels et accélérera l'industrialisation », a déclaré le Dr Jong Min Kim.
