Nuevo electrocatalizador para mejorar la producción de peróxido de hidrógeno y la conversión de biomasa

por Mateo González
5 comentarios
Electrocatalysis

Método innovador para la producción electrocatalítica de peróxido de hidrógeno y conversión de biomasa desarrollado por investigadores chinos. Atribución: Hui Xu

Un equipo de investigadores chinos ha desarrollado un electrocatalizador innovador con átomos de Fe coordinados con oxígeno. Este avance aumenta significativamente la producción de peróxido de hidrógeno (H2O2) y la mejora de la biomasa, lo que marca un avance crítico en la producción de productos químicos ecológicos.

Investigadores de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China han diseñado un catalizador que consiste en grupos y átomos individuales de Fe coordinados por oxígeno. Este catalizador exhibe un rendimiento excepcional en la producción electrocatalítica de H2O2 y la mejora de la biomasa.

La importancia del H2O2 en la electrocatálisis

El peróxido de hidrógeno es una sustancia química versátil, esencial en diversos sectores, incluidos el medioambiental, el energético y el sanitario. Producido tradicionalmente mediante métodos de alta energía, el proceso electrocatalítico que utiliza agua y oxígeno presenta una alternativa más sostenible. Sin embargo, este método requiere electrocatalizadores sofisticados para una síntesis eficaz y selectiva de H2O2. El potencial de utilizar el H2O2 producido en oxidación orgánica electroquímica es considerable y ofrece aplicaciones sustanciales más allá de la limpieza ambiental.

Técnica innovadora de producción de catalizadores

La investigación implicó el uso de celulosa bacteriana como regulador de adsorción y fuente de carbono. La creación del catalizador FeSA/AC-BCC implicó impregnación química húmeda, pirólisis y grabado ácido. Se emplearon métodos avanzados de obtención de imágenes, como la microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberración, para confirmar la presencia tanto de átomos individuales como de grupos de Fe. La estructura atómica del Fe se determinó mediante espectroscopia de absorción de estructura fina de rayos X y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X.

Propiedades electrocatalíticas superiores

El catalizador FeSAs/ACs-BCC demostró un rendimiento y una especificidad notables en la reacción de reducción de oxígeno de 2 electrones (2e-ORR) en ambientes alcalinos. Experimentos posteriores verificaron la acumulación de H2O2 en el electrolito.

Avances en la conversión de biomasa

Los investigadores lograron un gran avance en la mejora de la biomasa al integrar el H2O2 producido in situ con el proceso electro-Fenton, utilizando etilenglicol y Na2SO4 0,1 M acidificado como electrolito. Esta integración produjo una alta tasa de conversión de etilenglicol y selectividad por el ácido fórmico, lo que indica el potencial del proceso electro-Fenton para mejorar los materiales derivados de la biomasa.

Además, se desarrolló una celda de flujo trifásica que utiliza un electrodo de difusión de gas para aumentar aún más la producción de H2O2.

Perspectivas del análisis teórico

El análisis utilizando la teoría funcional de la densidad reveló que los grupos de Fe son los principales sitios activos en el proceso 2e-ORR. La interacción entre los átomos individuales y los grupos de Fe juega un papel crucial en la mejora de la eficiencia electrocatalítica del 2e-ORR.

Implicaciones para el futuro desarrollo de catalizadores

Esta investigación allana el camino para el diseño de electrocatalizadores a nivel atómico cruciales para una conversión eficiente de 2e-ORR a H2O2 y biomasa.

Cita: Hui Xu, et al., “Atomically Dispersed Iron Regulating Electronic Structure of Iron Atom Clusters for Electrocatalytic H2O2 Production and Biomass Upgrading”, Angewandte Chemie International Edition, 9 de noviembre de 2023. DOI: 10.1002/anie.202314414.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la electrocatálisis

¿Cuál es el avance clave en el desarrollo del nuevo electrocatalizador?

Los científicos chinos han innovado en un electrocatalizador con átomos de Fe coordinados por oxígeno, mejorando la producción de peróxido de hidrógeno y la mejora de la biomasa, un avance significativo en la síntesis química sostenible.

¿Cómo mejora el nuevo electrocatalizador la producción de H2O2?

El electrocatalizador, desarrollado por investigadores de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei, muestra un rendimiento electrocatalítico superior en la producción de peróxido de hidrógeno, utilizando un método más respetuoso con el medio ambiente en comparación con los procesos tradicionales de alta energía.

¿Qué aplicaciones tiene el peróxido de hidrógeno en diversas industrias?

El peróxido de hidrógeno se usa ampliamente en múltiples sectores, incluida la gestión ambiental, la energía y la atención médica, debido a su versatilidad como producto químico.

¿Qué técnicas innovadoras se utilizaron para crear el electrocatalizador?

El catalizador, denominado FeSAs/ACs-BCC, se creó mediante un proceso de varios pasos que implica impregnación química húmeda, pirólisis y grabado con ácido, empleando celulosa bacteriana como regulador de adsorción y fuente de carbono.

¿Cómo contribuye este estudio al futuro diseño y desarrollo de catalizadores?

Esta investigación proporciona información crítica para el diseño de electrocatalizadores a nivel atómico, esenciales para la producción eficiente de peróxido de hidrógeno y la conversión de biomasa, lo que marca un paso fundamental en la fabricación química sostenible.

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5 comentarios

Sara Smith diciembre 21, 2023 - 2:33 pm

No estoy seguro de entender completamente cómo funciona esto, pero parece muy importante para el medio ambiente y la atención sanitaria.

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Mike Johnson diciembre 21, 2023 - 8:36 pm

¡Cosas increíbles! Me encanta cómo la ciencia está avanzando tanto, no puedo esperar a ver a dónde lleva esto.

Responder
Alex Lee diciembre 22, 2023 - 12:52 am

No estoy seguro de todos los aspectos técnicos, pero parece que esto podría ser enorme para la energía sostenible y esas cosas.

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Juan Pérez diciembre 22, 2023 - 3:49 am

Vaya, esto es un gran avance en la ciencia, ¡estos investigadores chinos realmente están traspasando los límites!

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Emma Brown diciembre 22, 2023 - 5:39 am

El peróxido de hidrógeno se usa en tantas cosas que esto podría cambiar las reglas del juego, ¿verdad?

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