Peróxido de hidrógeno (H ₂ O ₂ ) ha encontrado muchas aplicaciones en la industria moderna, incluyendo actuar como oxidante verde en desinfectantes, agentes blanqueadores, agentes desinfectantes, síntesis química, e incluso como potencial portador de energía. Un nuevo catalizador, que permite la generación in situ de H ₂ O ₂ ha sido desarrollado. Ha ganado mucha atención tanto en la academia como en la industria como una forma rápida, método simple y económico para producir H ₂ O ₂ , que está en constante demanda.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jong-Beom Baek en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST ha desarrollado un catalizador electroquímico de alta eficiencia a base de carbono para su uso en la producción de H ₂ O ₂ . Debido a que está basado en carbono, es económico y no requiere un proceso complicado, y por lo tanto permite la producción in situ de H ₂ O ₂ . Este estudio es particularmente significativo ya que también ha identificado los sitios activos donde ocurren las reacciones catalíticas.

Peróxido de hidrógeno (H ₂ O ₂ ), comúnmente utilizado como desinfectante en farmacias, es un oxidante ecológico utilizado como regaliz en diversos procesos industriales. Además, Las pilas de combustible de hidrógeno utilizadas en vehículos eléctricos pueden utilizarse en lugar de hidrógeno. y se espera que la demanda aumente rápidamente en el futuro. Sin embargo, el proceso de la antraquinona, que produce peróxido de hidrógeno, es complejo, grande, y consume mucha energía. Por lo tanto, hay un costo de transporte y almacenamiento del peróxido de hidrógeno producido al sitio, y también existe el problema de gestionar el peróxido de hidrógeno altamente reactivo a una alta concentración.

El equipo de investigación se centró en el método electroquímico como método para producir peróxido de hidrógeno para reemplazar el proceso de antraquinona. Esto es para inducir la reducción de oxígeno a peróxido de hidrógeno mediante el desarrollo de catalizadores de alta eficiencia basados ​​en materiales de carbono económicos. Sintetizaron el catalizador uniendo grupos funcionales como quinona, éter, y carbonilo a materiales delgados a base de carbono como el grafeno. Como resultado, logró sintetizar un catalizador con una alta eficiencia del 97,8%.

El estudio también identificó el sitio activo exacto donde tiene lugar la reacción catalítica. El material a base de óxido de carbono que se informó anteriormente como catalizador generador de peróxido de hidrógeno contiene varios grupos funcionales de oxígeno, por lo que no se sabe exactamente qué grupo funcional es el sitio activo del catalizador. Esta vez, Los sitios activos exactos se analizaron sintetizando materiales de óxido de carbono con grupos funcionales de oxígeno separados, como la quinona, éter, y carbonilo. Como resultado, se confirmó que el material de óxido de carbono que tiene muchos grupos funcionales quinona muestra la mayor eficacia catalítica.

"Este estudio tiene como objetivo aumentar la comprensión de los sitios activos importantes para la producción de peróxido de hidrógeno, "dice Gao-Feng Han, el autor principal del estudio. "Además del experimento, se utilizó el método de cálculo de la teoría de la función de densidad para confirmar que el grupo funcional quinona tenía una alta actividad catalítica y una sobretensión muy pequeña en la reacción de producción de peróxido de hidrógeno (ORHP) ".

"Nuestros hallazgos brindan pautas para diseñar catalizadores basados ​​en carbono, que tienen alta selectividad y actividad simultánea para H ₂ O ₂ síntesis, "dice el profesor Baek." A través de esto, es posible reducir el costo requerido para el transporte y almacenamiento de peróxido de hidrógeno y expandir el rango de uso del peróxido de hidrógeno en varios campos industriales ".