Illustrazione schematica che mostra l'attività e la selettività verso la sintesi di H2O2 del 5% in peso Pd@Ni-3/TiO2, 5% in peso Pd@NiO-x/TiO2 (x =1, 2, 3, 4), 5% in peso Pd@void@Ni-3/TiO2 e 5% in peso Pd/TiO2. Credito:Science China Press
È stata costruita una classe di catalizzatori Pd@NiO-x core@shell supportati per H . diretto 2 oh 2 generazione. Il Pd@NiO-3/TiO ottimizzato 2 ha mostrato un'elevata attività, selettività superiore, bassa attività di degradazione ed eccellente stabilità. L'unico, la struttura dell'interfaccia contenuta nella cavità può sopprimere l'overbinding tra Pd-core e (O-O)*, che è efficace per prevenire H 2 Formazione di O e garantisce un'elevata selettività di H 2 oh 2 . Il presente lavoro evidenzia l'importanza dell'ingegneria dell'interfaccia di catalizzatori a base di Pd per H . diretto 2 oh 2 sintesi.
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ) è una sostanza chimica versatile, ampiamente applicato nell'industria moderna. Ad oggi, h 2 oh 2 è prodotto industrialmente mediante un processo indiretto che prevede l'idrogenazione e l'ossidazione sequenziali di alchil antrachinone, un energivoro, processo in più fasi con costi elevati. Al contrario, la sintesi diretta di H 2 oh 2 da H2 e O2 dovrebbe essere il modo più efficiente per produrre H 2 oh 2 a causa dei notevoli vantaggi dell'economia atomica, basso consumo energetico e H 2 O come unico sottoprodotto.
Attualmente, la via sintetica diretta è principalmente realizzata dai catalizzatori supportati a base di Pd. Il problema principale associato a ciò è legato alla bassa selettività di H 2 oh 2 . Nonostante i grandi sforzi dedicati alla costruzione di catalizzatori a base di Pd, comprensione di catalizzatori a base di Pd ad alte prestazioni per H . diretto 2 oh 2 la generazione di caratterizzazioni profonde o di indagini teoriche è ancora estremamente limitata.
In una nuova panoramica pubblicata su Pechino Rassegna scientifica nazionale , gli scienziati della Soochow University presentano gli ultimi progressi in diretta H 2 oh 2 generazione. Co-autori Yonggang Feng, Qi Shao, Bolong Huang, Junbo Zhang, e Xiaoqing Huang hanno sviluppato una classe di nanoparticelle Pd@NiO-x con una struttura di interfaccia core@shell unica, che raggiunge un'elevata attività, selettività e stabilità per l'H . diretto 2 oh 2 sintesi.
Questi scienziati hanno interpretato il meccanismo dal punto di vista sia elettronico che energetico. "I catalizzatori tradizionali a base di Pd sono molto attivi per le reazioni collaterali, come la decomposizione e l'idrogenazione di H 2 oh 2 così come la formazione di H2O, " affermano in un articolo intitolato "L'ingegneria della superficie nell'interfaccia delle nanoparticelle nucleo/guscio promuove la generazione di perossido di idrogeno".
"Si ritiene che la proprietà superficiale intrinseca dei catalizzatori a base di Pd sia essenziale per la selettività e l'attività del diretto H 2 oh 2 sintesi, " aggiungono. "Ciò si verifica perché la barriera per la scissione del legame O-O è sensibile alla struttura superficiale del Pd, il parametro chiave che regola H 2 oh 2 attività di sintesi e di decomposizione."
La creazione di un guscio di NiO poroso è utile per esporre i siti attivi di Pd e quindi migliorare la produttività di H 2 oh 2 . "Regolando la composizione di Pd@NiO-x NP e la condizione di reazione, l'efficienza di H 2 oh 2 la sintesi potrebbe essere ben ottimizzata con il 5% in peso di Pd@NiO-3/TiO2 che mostra la massima produttività (89 mol/(kgcath)) e selettività (91%) a H 2 oh 2 oltre ad un'ottima stabilità, " affermano.
"Le simulazioni dei primi principi hanno ulteriormente rivelato il meccanismo dal punto di vista sia elettronico che energetico, " hanno scritto gli scienziati. "La superiorità nella selettività è raggiunta da una scissione spontanea del legame di H-H e dal trasferimento di carica da O20 a O22- all'interno della cavità di NiO che si interfaccia con la superficie del Pd. (...) L'elevata selettività e attività ne fanno uno dei migliori catalizzatori per l'H . diretto 2 oh 2 sintesi finora riportata, " aggiungono. "Il presente lavoro qui riportato evidenzia l'importanza dell'ingegneria di superficie e di interfaccia dei catalizzatori a base di Pd per il diretto H 2 oh 2 sintesi con attività e selettività ampiamente migliorate."
