Illustration de la recherche. Crédit :Groupe du professeur Guan
En tant que l'un des 100 produits chimiques les plus importants au monde, le peroxyde d'hydrogène (H2 O2 ) est principalement produit par la méthode d'oxydation de l'anthraquinone (AO) qui consomme beaucoup d'énergie et de déchets. Remplacer la méthode AO par une réaction électrochimique de réduction de l'oxygène à deux électrons plus respectueuse de l'environnement (2e - ORR) dépend de catalyseurs bon marché et efficaces.
Cependant, le catalyseur sans métal à base de carbone en tant que candidat prometteur ne se comporte de manière encourageante que dans des conditions neutres ou alcalines, où H2 O2 est instable pour la collecte ou défavorable pour les applications de liaison, c'est-à-dire la réaction e-Fenton. De plus, il reste difficile d'identifier les véritables sites catalytiques actifs et les 2e - sous-jacents. Mécanisme ORR.
Dans une étude publiée dans Chem Catalysis , un groupe de recherche dirigé par le professeur Guan Lunhui de l'Institut de recherche sur la structure de la matière du Fujian de l'Académie chinoise des sciences a mis au point un 2e - acide sans métal et très efficace. Catalyseur ORR avec taux de production de peroxyde d'hydrogène enregistré basé sur la modulation du site actif assistée par la pyrimidine et le graphène à quelques couches S, N-codopé pour l'optimisation électronique de la valence.
Le catalyseur a montré une activité et une sélectivité exceptionnelles pour 2e - ORR dans l'acide. Le H2 O2 la sélectivité atteint 90 % ~ 100 % sur une plage de potentiel de 0,20 ~ 0,55 V et le maximum H2 O2 taux de production (4,8 mol·g -1 ·h -1 ) dépasse tous les H2 rapportés O2 performance de production pour les catalyseurs à base de carbone.
Des expériences et des simulations de la théorie fonctionnelle de la densité (contribuées par le professeur Chai Guoliang) ont révélé que l'effet de synergie du motif fonctionnel combiné soufre oxydé et pyridinique-N peut abaisser le niveau de Fermi des états électroniques de valence des sites de carbone de bord actif, et conduit ainsi à la force de liaison appropriée de l'intermédiaire *OOH pour une sélectivité et des performances élevées 2e - ORR pour H2 O2 formation.
En particulier, les chercheurs ont observé un déplacement de crête évident vers une énergie élevée de l'excitation C 1s dans la structure fine d'absorption des rayons X près du bord avec incorporation de S, comme preuve solide de l'optimisation électronique de la valence de la surface du catalyseur au carbone.
De plus, couplé à la réaction de Fenton pour un procédé électron-Fenton, il peut dégrader un polluant organique modèle (bleu de méthylène [MB], 50 ppm) en incolore en un temps court de 15 min.
Cette étude crée non seulement un catalyseur à base de carbone efficace pour H2 O2 production dans l'acide, mais fournit également une voie d'optimisation des propriétés électroniques utile pour le réglage futur des catalyseurs de matériaux à base de carbone. Sites atomiques uniques uniformes ancrés dans la graphdiyne pour l'hydroxylation du benzène en phénol
