Los científicos han desarrollado un nuevo método fotocatalítico para producir peróxido de hidrógeno utilizando agua y aire, utilizando una nueva estructura orgánica covalente. Este método es energéticamente eficiente y respetuoso con el medio ambiente, en marcado contraste con el proceso tradicional y más peligroso con antraquinona.
Científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una estructura orgánica covalente microporosa con una red de donante-aceptor de danza y enlaces diseñados para una producción eficiente y limpia de peróxido de hidrógeno (H).2Vaya2) por medio
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Producción industrial tradicional de h2Vaya2 El proceso de antraquinona, que utiliza hidrógeno y oxígeno, consume mucha energía. Este método emplea disolventes tóxicos y costosos catalizadores de metales nobles y produce considerables residuos debido a reacciones secundarias.
El ejemplo muestra un material de estructura orgánica covalente hexavalente (COF) de nuevo diseño que imita la fotosíntesis. (Izquierda) La luz induce una transferencia de electrones desde un sitio donante a un sitio aceptor dentro del material (indicado por la flecha roja). Este proceso transfiere cuatro cargas positivas al sitio donante, que luego se utilizan para dividir las moléculas de agua en oxígeno (indicado por flechas verdes). En el sitio aceptor, dos electrones se combinan con oxígeno para producir peróxido de hidrógeno (indicado por la flecha azul). (Derecha) La estructura del material permite el movimiento eficiente de electrones (que se muestran en amarillo), cargas positivas (que se muestran en azul), agua y oxígeno en una sola capa. Este material tiene la capacidad de convertir la energía luminosa en energía química similar a la fotosíntesis natural. Crédito: Universidad Nacional de Singapur
Por el contrario, la producción fotocatalítica de h2Vaya2 Ofrece un camino energéticamente eficiente, suave y limpio a partir de oxígeno y agua. Lo más importante es que aborda los inconvenientes comunes de los sistemas fotocatalíticos existentes, como la baja actividad, el alto uso de donantes de sacrificio de alcohol adicionales y la necesidad de entrada de gas oxígeno puro.
Avances de los investigadores de la NUS
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jiang Donglin del Departamento de Química de la NUS ha desarrollado un nuevo tipo de fotocatalizador para la fotosíntesis sintética eficiente de Hg.2Vaya2 del agua y del aire.
Los investigadores han desarrollado estructuras orgánicas covalentes hexavalentes (COF) con columnas π donadoras-aceptoras de azúcar diseñadas para la generación de carga fotoinducida de alta velocidad y sitios activos catalíticos. Paralelamente, los reactores porosos están diseñados con canales microporosos triangulares hidráulicamente sensibles para el suministro inmediato de agua y oxígeno.
Como resultado, estos COF hexavalentes H2Vaya2 del agua y el aire atmosférico de forma espontánea y eficiente tras la exposición a la luz visible en reactores discontinuos y de flujo. En condiciones de laboratorio, los COF demuestran una eficiencia cuántica del 17,5% bajo luz visible a 420 nm en reactores discontinuos. Este sistema puede desarrollarse para la construcción de superficies autolimpiantes y el tratamiento de gérmenes.
Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en la revista Catálisis de la naturaleza.
El profesor Jiang dijo: «En este trabajo, hemos resuelto con éxito un problema importante y común en fotocatalizadores, electrocatalizadores y catalizadores heterogéneos, que es la entrega eficiente de cargas y masa a los sitios catalíticos». Nos centramos en el modelado estructural a nivel atómico para explorar tanto los esqueletos como los poros de los COF, lo que da como resultado h.2Vaya2 producción, logrando un rendimiento fotocatalítico sin precedentes.
Cita: «Marco orgánico covalente donante-aceptor diseñado mediante vinculación para la fotosíntesis óptima del peróxido de hidrógeno a partir de agua y aire» Ruoyang Liu, Yongzhi Chen, Hongde Yu, Miroslav Polojij, Yuanyuan Guo, Tze Chien Sum, Thomas Heine, D13 de febrero de 2024, Catálisis de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41929-023-01102-3
