Ilustración de la investigación. Crédito:Grupo del Prof. Guan
Como uno de los 100 productos químicos más importantes del mundo, el peróxido de hidrógeno (H2 O2 ) se produce principalmente mediante el método de oxidación de antraquinonas (AO), que consume mucha energía y genera muchos residuos. Reemplazar el método AO con una reacción electroquímica de reducción de oxígeno de dos electrones más benigna con el medio ambiente (2e - ORR) depende de catalizadores baratos y eficientes.
Sin embargo, el catalizador a base de carbono libre de metales como candidato prometedor se comporta de manera alentadora solo en condiciones neutras o alcalinas, donde H2 O2 es inestable para la recolección o desfavorable para vincular aplicaciones, es decir, la reacción de e-Fenton. Además, sigue siendo un desafío identificar los sitios catalíticos activos reales y el 2e - subyacente. mecanismo ORR.
En un estudio publicado en Chem Catalysis , un grupo de investigación dirigido por el Prof. Guan Lunhui del Instituto de Investigación sobre la Estructura de la Materia de Fujian de la Academia de Ciencias de China desarrolló un ácido 2e - libre de metales y altamente eficiente Catalizador ORR con tasa de producción de peróxido de hidrógeno registrada basada en la modulación del sitio activo asistida por pirimidina y grafeno de pocas capas codopado con S, N para la optimización electrónica de valencia.
El catalizador exhibió una actividad y selectividad excepcionales para 2e - ORR en ácido. El H2 O2 la selectividad alcanza el 90 %~100 % en un rango de potencial de 0,20~0,55 V y el máximo H2 O2 tasa de producción (4,8 mol·g -1 ·h -1 ) supera todos los H2 informados O2 Rendimiento de la producción de catalizadores a base de material de carbono.
Los experimentos y las simulaciones de la teoría funcional de la densidad (contribuidas por el Prof. Chai Guoliang) revelaron que el efecto de sinergia del azufre oxidado combinado y el motivo funcional piridínico-N puede reducir el nivel de Fermi de los estados electrónicos de valencia de los sitios de carbono del borde activo y, por lo tanto, conduce a la fuerza de unión adecuada del intermedio *OOH para alta selectividad y rendimiento 2e - TRO para H2 O2 formación.
En particular, los investigadores observaron un cambio de pico obvio a alta energía de excitación de C 1s en la estructura fina de absorción de rayos X cerca del borde con incorporación de S, como evidencia sólida de la optimización electrónica de valencia de la superficie del catalizador de carbono.
Además, junto con la reacción de Fenton para un proceso de electrones-Fenton, puede degradar un contaminante orgánico modelo (azul de metileno [MB], 50 ppm) a incoloro en un tiempo breve de 15 min.
Este estudio no solo crea un catalizador eficiente a base de carbono para H2 O2 producción en ácido, pero también proporciona una ruta útil de optimización de propiedades electrónicas para el ajuste futuro de catalizadores de materiales a base de carbono. Sitios atómicos únicos uniformes anclados en grafdiino para la hidroxilación de benceno a fenol
