Un groupe de recherche dirigé par le professeur Wan Yinhua de l'Institut d'ingénierie des procédés de l'Académie chinoise des sciences a développé un catalyseur à double activité catalytique photocatalytique et biomimétique pour la production de peroxyde d'hydrogène (H2 O2 ).
La stratégie consiste à charger des nanoparticules d'or (AuNP) sur des nanofeuilles de graphite-nitrure de carbone (GCN) en utilisant de la polyéthylèneimine (PEI) comme « pont ». L'étude a été publiée dans le Chemical Engineering Journal. .
H2 O2 , reconnu comme un oxydant respectueux de l'environnement, est largement utilisé dans divers domaines tels que le traitement médical, la restauration de l'environnement, la chimie fine et l'industrie électronique. Cependant, la méthode conventionnelle de H2 O2 la production repose sur le procédé à l'anthraquinone, qui présente plusieurs inconvénients, notamment une consommation d'énergie élevée, l'utilisation de solvants organiques et des risques pour la sécurité. Il existe donc un besoin urgent de développer un processus de fabrication durable et respectueux de l'environnement pour H2. O2 .
La photocatalyse solaire est une stratégie alternative prometteuse pour H2 O2 production, et le GCN est un choix populaire dans le domaine de la photocatalyse en raison de sa synthèse simple, de sa rentabilité, de ses propriétés physiques et chimiques stables et de son large spectre d'absorption de la lumière. Cependant, les nanofeuilles GCN à elles seules ont des performances limitées en H2 photocatalytique. O2 production dans l'eau pure en raison de la barrière énergétique élevée de dissociation de l'eau et de la faible efficacité de séparation des porteurs de charge.
Les agents sacrificiels de trous (agissant comme donneurs d'électrons) tels que l'éthanol, l'isopropanol et l'alcool benzylique sont couramment utilisés pour améliorer la sélectivité de la réduction de l'oxygène. Cependant, l'ajout d'agents organiques a des impacts environnementaux négatifs, ce qui n'est pas propice à la durabilité de H2 O2 production. Par conséquent, il est crucial de concevoir un matériau GCN avec une efficacité améliorée de séparation des paires électron-trou pour faciliter l'oxydation de l'eau et la réduction de l'oxygène.
"Inspirés par le système catalytique couplé à des photo-enzymes dans les chloroplastes, nous avons développé un catalyseur composite en chargeant des AuNPs (imitations d'enzymes) sur des nanofeuilles de GCN (photocatalyseur) en utilisant le PEI comme "pont" (PEI-GCN/Au)", professeur Wan. dit.
L'introduction du PEI et des AuNP permet d'ajuster la structure électronique du GCN, facilitant ainsi la séparation rapide des porteurs photogénérés. La résonance plasmonique de surface des AuNP, lorsqu'elle est excitée par la lumière incidente, favorise l'activation des molécules de glucose, augmentant leur réactivité avec O2 et améliorer la production catalytique de H2 imitant la glucose oxydase. O2 . Le greffage de PEI et l'ajout de glucose améliorent l'O2 Adsorption sur la surface du catalyseur.
Le composite PEI-GCN/Au démontre un H2 exceptionnel O2 efficacité de production (270 μmol g -1 h -1 ) sous irradiation par la lumière visible, en utilisant uniquement du glucose, H2 O et O2 comme réactifs. En conséquence, la réduction catalytique et photocatalytique biomimétique de O2 à H2 O2 sont améliorés, obtenant un effet d'amélioration synergique significatif de 175 %.
"Ce travail établit un paradigme de couplage de catalyse biomimétique et de photocatalyse pour la coproduction de produits chimiques. Il fournit non seulement un aperçu du développement de matériaux pour un H2 efficace. O2 production, mais introduit également un concept innovant pour intégrer la biocatalyse et la photocatalyse", a déclaré le professeur Luo Jianquan, l'auteur correspondant de cette étude.
Plus d'informations : Huiru Zhang et al, Catalyse biomimétique-photo-couplée pour augmenter la production de H2O2, Chemical Engineering Journal (2024). DOI :10.1016/j.cej.2024.149183
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
