Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una estructura orgánica covalente microporosa con densas redes donante-aceptora y enlaces diseñados para la producción eficiente y limpia de peróxido de hidrógeno (H2 O2 ) a través del proceso de fotosíntesis con agua y aire.
Producción industrial tradicional de H2 O2 Mediante el proceso de antraquinona que utiliza hidrógeno y oxígeno consume mucha energía. Este enfoque emplea disolventes tóxicos y costosos catalizadores de metales nobles y genera importantes residuos debido a reacciones secundarias.
Por el contrario, la producción fotocatalítica de H2 O2 a partir de oxígeno y agua ofrece una ruta energéticamente eficiente, suave y limpia. Lo más importante es que aborda los inconvenientes comunes de los sistemas fotocatalíticos existentes, como la baja actividad, el uso intensivo de donantes de alcohol adicionales y la necesidad de ingresar gas oxígeno puro.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jiang Donglin del Departamento de Química de NUS ha desarrollado un nuevo tipo de fotocatalizador para la fotosíntesis artificial eficiente de H2 O2 del agua y del aire. Los investigadores construyeron estructuras orgánicas covalentes hexavalentes (COF) en las que el esqueleto está diseñado para ser columnas π donantes-aceptoras para la generación de carga fotoinducida de alta velocidad y sitios activos catalíticos.
Paralelamente, el poro está diseñado con canales microporosos trigonales hidráulicamente sensibles para el suministro inmediato de reactivos, agua y oxígeno. Como resultado, estos COF hexavalentes producen H2 O2 de forma espontánea y eficiente a partir de agua y aire atmosférico cuando se exponen a la luz visible en reactores tanto discontinuos como de flujo.
En condiciones de laboratorio, los COF demuestran una eficiencia cuántica del 17,5 por ciento bajo luz visible a 420 nm en reactores discontinuos. Este sistema puede desarrollarse para construir superficies autolimpiables y para tratamientos de desinfección.
Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Catalysis. .
El profesor Jiang dijo:"En este trabajo, abordamos con éxito un problema clave y común en fotocatalizadores, electrocatalizadores y catalizadores heterogéneos, que es el suministro eficiente de cargas y masa a los sitios catalíticos. Nuestro enfoque en el diseño estructural preciso a nivel atómico para explorar tanto los esqueletos como los poros de los COF ha llevado a la creación de un sistema de fotosíntesis artificial para el H2 O2 producción, logrando una eficiencia fotocatalítica sin precedentes."
Más información: Ruoyang Liu et al, Estructuras orgánicas covalentes donante-aceptor diseñadas por enlaces para una fotosíntesis óptima del peróxido de hidrógeno a partir de agua y aire, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01102-3
Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur
