Figura 1. Le caratterizzazioni prestazionali di ORHP. Credito:Professor Jong-Beom Baek, UNIST
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ) ha trovato molte applicazioni nell'industria moderna, compreso agire come ossidante verde nei disinfettanti, agenti sbiancanti, agenti igienizzanti, sintesi chimica, e anche come potenziale vettore energetico. Un nuovo catalizzatore, che consente la generazione in loco di H 2 oh 2 è stato sviluppato. Ha guadagnato molta attenzione sia nel mondo accademico che nell'industria come un rapido, metodo semplice ed economico per produrre H 2 oh 2 , che è in costante richiesta.
Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Jong-Beom Baek presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST ha sviluppato un catalizzatore elettrochimico ad alta efficienza a base di carbonio da utilizzare per produrre H 2 oh 2 . Perché è a base di carbonio, è poco costoso e non richiede processi complicati, e consente quindi la produzione in loco di H 2 oh 2 . Questo studio è particolarmente significativo in quanto ha anche individuato i siti attivi dove avvengono le reazioni catalitiche.
Perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ), comunemente usato come disinfettante nelle farmacie, è un ossidante ecologico utilizzato come liquirizia in vari processi industriali. Inoltre, le celle a combustibile a idrogeno utilizzate nei veicoli elettrici possono essere utilizzate al posto dell'idrogeno, e si prevede che la domanda aumenterà rapidamente in futuro. Però, il processo antrachinonico, che produce acqua ossigenata, è complesso, grande, e consuma molta energia. Perciò, c'è un costo per il trasporto e lo stoccaggio del perossido di idrogeno prodotto nel sito, e c'è anche un problema di gestione del perossido di idrogeno altamente reattivo ad alta concentrazione.
Il team di ricerca si è concentrato sul metodo elettrochimico come metodo per produrre perossido di idrogeno per sostituire il processo antrachinone. Questo per indurre la riduzione dell'ossigeno a perossido di idrogeno sviluppando catalizzatori ad alta efficienza basati su materiali di carbonio poco costosi. Hanno sintetizzato il catalizzatore legando gruppi funzionali come il chinone, etere, e da carbonile a materiali a base di carbonio sottile come il grafene. Di conseguenza, è riuscito a sintetizzare un catalizzatore con un'elevata efficienza del 97,8%.
Lo studio ha anche identificato l'esatto sito attivo in cui avviene la reazione catalitica. Il materiale a base di ossido di carbonio precedentemente riportato come catalizzatore per la generazione di perossido di idrogeno contiene vari gruppi funzionali di ossigeno, quindi non è noto esattamente quale gruppo funzionale sia il sito attivo del catalizzatore. Questa volta, i siti attivi esatti sono stati analizzati sintetizzando materiali di ossido di carbonio con gruppi funzionali di ossigeno separati come chinone, etere, e carbonile. Di conseguenza, è stato confermato che il materiale di ossido di carbonio avente molti gruppi funzionali chinonici mostra la massima efficienza catalitica.
"Questo studio mira ad aumentare la comprensione dei siti attivi importanti per la produzione di perossido di idrogeno, "dice Gao-Feng Han, l'autore principale dello studio. "Oltre all'esperimento, il metodo di calcolo della teoria della funzione di densità è stato utilizzato per confermare che il gruppo funzionale del chinone aveva un'elevata attività catalitica e una sovratensione molto piccola nella reazione di produzione di perossido di idrogeno (ORHP)."
"I nostri risultati forniscono linee guida per la progettazione di catalizzatori a base di carbonio, che hanno simultanea elevata selettività e attività per H 2 oh 2 sintesi, " dice il professor Baek. "Attraverso questo, è possibile ridurre i costi necessari per il trasporto e lo stoccaggio del perossido di idrogeno e ampliare la gamma di utilizzo del perossido di idrogeno in vari campi industriali."
