I ricercatori dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) hanno sviluppato una struttura organica covalente microporosa con densi reticoli donatore-accettore e collegamenti ingegnerizzati per la produzione efficiente e pulita di perossido di idrogeno (H2 O2 ) attraverso il processo di fotosintesi con acqua e aria.
Produzione industriale tradizionale di H2 O2 tramite il processo antrachinonico che utilizza idrogeno e ossigeno è ad alta intensità energetica. Questo approccio impiega solventi tossici e costosi catalizzatori di metalli nobili e genera notevoli rifiuti dalle reazioni collaterali.
Al contrario, la produzione fotocatalitica di H2 O2 da ossigeno e acqua offre un percorso efficiente dal punto di vista energetico, delicato e pulito. Ancora più importante, risolve gli inconvenienti comuni dei sistemi fotocatalitici esistenti, come la bassa attività, l'uso massiccio di donatori sacrificali di alcol aggiuntivi e la necessità di immettere ossigeno gassoso puro.
Un gruppo di ricerca guidato dal professor Jiang Donglin del Dipartimento di Chimica della NUS ha sviluppato un nuovo tipo di fotocatalizzatore per l'efficiente fotosintesi artificiale di H2 O2 dall'acqua e dall'aria. I ricercatori hanno costruito strutture organiche covalenti esavalenti (COF) in cui lo scheletro è progettato per essere colonne π donatore-accettore per la generazione di carica fotoindotta ad alta velocità e siti attivi catalitici.
Parallelamente, il poro è progettato con canali microporosi trigonali idraulicamente sensibili per il rilascio immediato di acqua e ossigeno dei reagenti. Di conseguenza, questi COF esavalenti producono H2 O2 spontaneamente ed efficientemente dall'acqua e dall'aria atmosferica quando esposto alla luce visibile sia nei reattori batch che a flusso.
In condizioni di laboratorio, i COF dimostrano un’efficienza quantica del 17,5% sotto luce visibile a 420 nm in reattori batch. Questo sistema può essere sviluppato per realizzare superfici autopulenti e per trattamenti di disinfezione.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Nature Catalysis .
Il professor Jiang ha affermato:"In questo lavoro, abbiamo affrontato con successo un problema chiave e comune nei fotocatalizzatori, negli elettrocatalizzatori e nei catalizzatori eterogenei, ovvero la fornitura efficiente di cariche e massa ai siti catalitici. La nostra attenzione è rivolta alla progettazione strutturale precisa a livello atomico per esplorare sia gli scheletri che i pori dei COF ha portato alla creazione di un sistema di fotosintesi artificiale per H2 O2 produzione, ottenendo un'efficienza fotocatalitica senza precedenti."
Ulteriori informazioni: Ruoyang Liu et al, Strutture organiche covalenti donatore-accettore progettate con collegamento per la fotosintesi ottimale del perossido di idrogeno da acqua e aria, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01102-3
Fornito dall'Università Nazionale di Singapore
