Científicos de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia de Ciencias de China han sintetizado un catalizador de grupo de átomos y átomos de Fe coordinado por oxígeno que exhibe un rendimiento electrocatalítico superior para el peróxido de hidrógeno (H2 O2 ) producción y mejora de la biomasa. La investigación se publica en Angewandte Chemie International Edition .
H2 O2 es una sustancia química ampliamente utilizada con aplicaciones en diversos campos como el medio ambiente, la energía y la atención médica. Aunque tradicionalmente se produce mediante procesos que consumen mucha energía, la síntesis electrocatalítica ofrece un método más eficiente y respetuoso con el medio ambiente que utiliza agua y oxígeno.
Sin embargo, este enfoque requiere electrocatalizadores avanzados para H2 selectivo y de alto rendimiento. O2 producción, y se necesita mayor atención para utilizar el H2 generado. O2 , particularmente en procesos electroquímicos de oxidación orgánica. Esto ofrece un potencial significativo para aplicaciones de valor agregado más allá de la remediación ambiental.
Para este estudio, los investigadores utilizaron celulosa bacteriana como regulador de adsorción y fuente de carbono en combinación con un enfoque de varios pasos que involucra procesos de impregnación química húmeda, pirólisis y grabado ácido para crear un catalizador denominado carbono derivado de celulosa bacteriana FeSA/AC ( BCC), que consta de átomos individuales (SA) y grupos de átomos (AC) de Fe coordinados por oxígeno.
La presencia tanto de Fe SA como de grupos se confirmó mediante técnicas de imagen avanzadas, como la microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberración. La estructura atómica del Fe también se determinó mediante espectroscopia de absorción de estructura fina de rayos X y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X.
Este catalizador mostró un excelente rendimiento electrocatalítico y selectividad para la reacción de reducción de oxígeno de 2 electrones (2e – ORR) en condiciones alcalinas. Otros experimentos con células H confirmaron la acumulación de H2 O2 en el electrolito.
Los investigadores acoplaron el H2 generado in situ O2 con el proceso electro-Fenton utilizando etilenglicol como reactivo y Na2 0,1 M acidificado. Entonces4 como electrolito. Esto dio como resultado una alta tasa de conversión de etilenglicol y una alta selectividad por el ácido fórmico, lo que demuestra que el proceso electro-Fenton tiene el potencial de mejorar las materias primas derivadas de la biomasa mediante la mejora oxidativa.
También desarrollaron una celda de flujo trifásico basada en el electrodo de difusión de gas para mejorar aún más el H2. O2 rendimiento.
Los análisis de la teoría funcional de la densidad indicaron que los sitios catalíticamente activos reales en el 2e – El proceso ORR fueron los grupos de Fe, y la interacción electrónica entre los átomos individuales de Fe y los grupos de Fe podría mejorar significativamente el rendimiento electrocatalítico hacia 2e – ORR.
Este trabajo será útil para el diseño y desarrollo de electrocatalizadores de nivel atómico para 2e – de alta eficiencia. ORR a H2 O2 y mejora de la biomasa.
Más información: Hui Xu et al, Estructura electrónica reguladora del hierro atómicamente disperso de grupos de átomos de hierro para la producción electrocatalítica de H2O2 y la mejora de la biomasa, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202314414
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
