Peróxido de hidrógeno (H ₂ O ₂ ) se utiliza para desinfectar pequeños cortes en el hogar y para reacciones oxidativas en la fabricación industrial. Ahora, la pandemia ha impulsado aún más la demanda de esta sustancia química y sus propiedades antisépticas. Si bien es asequible en la tienda de comestibles, H ₂ O ₂ es realmente difícil y costoso de fabricar a escala.

Un equipo dirigido por la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha demostrado un método más eficiente y respetuoso con el medio ambiente para producir H ₂ O ₂ , según un estudio reciente publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"Si bien los dos ingredientes, hidrógeno y oxígeno, son económicos o están disponibles libremente en la atmósfera, el peróxido de hidrógeno es altamente reactivo e inestable, lo que hace que sea muy difícil de producir, "dijo el primer autor Tomas Ricciardulli, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular en UIUC.

En la actualidad, produciendo H ₂ O ₂ requiere un complicado, proceso de varios pasos y grandes instalaciones. Mas de, este método tradicional se basa en una sustancia química intermedia (antraquinona) que se deriva de los combustibles fósiles.

Hace decadas, los investigadores propusieron una más económico, y un método alternativo de un solo paso "más ecológico" en el que un catalizador (nanopartículas de paladio y oro) impulsa la reacción en su lugar. Bono:el catalizador se puede reciclar para producir peróxido de hidrógeno una y otra vez.

"Sin embargo, el hidrógeno y el oxígeno también forman agua, y se sabía que este método de 'síntesis directa' propuesto sintetizaba un 80 por ciento de agua y solo un 20 por ciento de peróxido de hidrógeno, "dijo el autor principal David Flaherty, profesor de ingeniería química y biomolecular en UIUC. "Los científicos han debatido ferozmente la disposición de los átomos de paladio y oro necesarios en las nanopartículas para aumentar la selectividad del peróxido de hidrógeno y por qué funciona".

Una proporción más alta de átomos de oro a paladio en el catalizador produce más H ₂ O ₂ y menos agua. Los investigadores encontraron que un catalizador con una proporción de un paladio a 220 átomos de oro genera casi el 100 por ciento de peróxido de hidrógeno. que se acerca al punto de rendimientos decrecientes.

Significativamente, los catalizadores dan un rendimiento estable durante muchos días de uso, lograr continuamente estas notables selectividades para H ₂ O ₂ , y hacerlo utilizando agua limpia como disolvente, lo que evita los aditivos problemáticos y corrosivos que se utilizan a menudo para esta química.

La organización de estos átomos dentro del catalizador también cuenta:los átomos de paladio que se tocan favorecen la formación de agua, mientras que los átomos de paladio rodeados de oro favorecen a H ₂ O ₂ formación.

Y lo que es más, descubrieron que la influencia se extiende desde el primer anillo de átomos vecinos que rodean al átomo de paladio hasta la segunda capa de átomos, llamó a los próximos vecinos más cercanos. Más H ₂ O ₂ se sintetiza cuando tanto los vecinos de un átomo de paladio dado como los vecinos más próximos son todos de oro.

"Demostramos cómo crear un catalizador muy eficiente y selectivo, "dijo Flaherty, quien también es becario de la facultad de Dow Chemical Company. "Aunque promete, todavía hay obstáculos que superar para adoptar este método comercialmente ".

El grupo de investigación Flaherty está persiguiendo el desarrollo de catalizadores de nanopartículas con nuevas composiciones y reactores para permitir métodos híbridos químico-electroquímicos para esta reacción. "Nuestro objetivo final es desarrollar tecnología viable para la producción distribuida de H ₂ O ₂ lo que abriría las puertas a muchas alternativas sostenibles a los procesos químicos tradicionales ".

Los investigadores también esperan que sus actividades revelen otros conceptos científicos clave para electrificar la fabricación de productos químicos en el camino.