Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé une structure organique covalente microporeuse avec des réseaux denses donneur-accepteur et des liaisons techniques pour la production efficace et propre de peroxyde d'hydrogène (H2 O2 ) grâce au processus de photosynthèse avec de l'eau et de l'air.
Production industrielle traditionnelle de H2 O2 via le procédé à l'anthraquinone utilisant de l'hydrogène et de l'oxygène est très gourmand en énergie. Cette approche utilise des solvants toxiques et des catalyseurs à base de métaux nobles coûteux et génère des déchets substantiels dus à des réactions secondaires.
En revanche, la production photocatalytique de H2 O2 à partir d’oxygène et d’eau offre un itinéraire économe en énergie, doux et propre. Plus important encore, il résout les inconvénients courants des systèmes photocatalytiques existants, tels que la faible activité, l'utilisation intensive de donneurs sacrificiels d'alcool supplémentaires et la nécessité d'un apport d'oxygène gazeux pur.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Jiang Donglin du département de chimie de la NUS a développé un nouveau type de photocatalyseur pour la photosynthèse artificielle efficace de H2 O2 de l'eau et de l'air. Les chercheurs ont construit des structures organiques covalentes (COF) hexavalentes dans lesquelles le squelette est conçu pour être des colonnes π donneur-accepteur pour la génération de charges photo-induites à haut débit et des sites actifs catalytiques.
En parallèle, les pores sont conçus avec des canaux microporeux trigonaux hydrauliquement sensibles pour une distribution immédiate des réactifs eau et oxygène. En conséquence, ces COF hexavalents produisent du H2 O2 spontanément et efficacement à partir de l'eau et de l'air atmosphérique lorsqu'ils sont exposés à la lumière visible dans des réacteurs discontinus et à flux.
Dans des conditions de laboratoire, les COF démontrent une efficacité quantique de 17,5 pour cent sous la lumière visible à 420 nm dans des réacteurs discontinus. Ce système peut être développé pour construire des surfaces autonettoyantes et pour des traitements de désinfection.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans Nature Catalysis. .
Le professeur Jiang a déclaré :« Dans ce travail, nous avons résolu avec succès un problème clé et commun dans les photocatalyseurs, les électrocatalyseurs et les catalyseurs hétérogènes, à savoir l'approvisionnement efficace en charges et en masse des sites catalytiques. explorer à la fois les squelettes et les pores des COF a conduit à la création d'un système de photosynthèse artificielle pour H2 O2 production, atteignant une efficacité photocatalytique sans précédent."
Plus d'informations : Ruoyang Liu et al, Cadres organiques covalents donneur-accepteur conçus par Linkage pour une photosynthèse optimale du peroxyde d'hydrogène à partir de l'eau et de l'air, Nature Catalysis (2024). DOI :10.1038/s41929-023-01102-3
Fourni par l'Université nationale de Singapour
