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一项新研究提出了碳材料中的高活性氧化基团 可将氧气还原成过氧化氢

过氧化氢(H 2 O 2)在现代工业中已发现了许多应用,包括在消毒剂,漂白剂,消毒剂,化学合成中甚至用作势能载体中的绿色氧化剂。已经开发了能够现场产生H 2 O 2的新型催化剂。作为一种快速,简单且廉价的生产H 2 O 2的方法,它在学术界和工业界都受到了广泛的关注,而H 2 O 2的需求量也在不断增长。

由UNIST能源与化学工程学院的Jong-Beom Baek教授领导的研究小组开发了一种用于生产H 2 O 2的碳基高效电化学催化剂。因为它是碳基的,所以价格便宜并且不需要复杂的过程,因此可以现场生产H 2 O 2。这项研究特别有意义,因为它也确定了发生催化反应的活性位点。

过氧化氢(H 2 O 2)通常在药房中用作消毒剂,是一种在各种工业过程中用作甘草的环保氧化剂。另外,可以使用电动车辆中使用的氢燃料电池代替氢,并且期望未来需求会迅速增加。然而,产生过氧化氢的蒽醌法是复杂的,大的并且消耗高能量。因此,将产生的过氧化氢运输和储存到现场存在成本,并且还存在以高浓度管理高反应性过氧化氢的问题。

该研究团队专注于电化学方法,以生产过氧化氢代替蒽醌工艺。通过开发基于廉价碳材料的高效催化剂,可将氧气还原为过氧化氢。他们通过将诸如醌,醚和羰基等官能团连接到诸如石墨烯的薄碳基材料上来合成催化剂。结果,它成功地合成了效率为97.8%的催化剂。

该研究还确定了发生催化反应的确切活性部位。先前报道过的作为产生过氧化氢的催化剂的基于碳氧化物的材料包含各种氧官能团,因此确切地不知道哪个官能团是催化剂的活性部位。这次,通过合成具有单独的氧官能团(例如醌,醚和羰基)的碳氧化物材料来分析确切的活性位点。结果,证实具有许多醌官能团的碳氧化物材料显示出最高的催化效率。

该研究的主要作者韩高峰说:“这项研究是为了增进对产生过氧化氢的重要活性部位的了解。” “除了实验,还使用密度泛函理论计算方法来确认醌官能团在过氧化氢生产反应(ORHP)中具有较高的催化活性和非常小的过电压。”

Baek教授说:“我们的发现为设计碳基催化剂提供了指南,该催化剂对H 2 O 2的合成同时具有很高的选择性和活性。” 通过这种方式,可以减少运输和储存过 氧化氢所需的成本,并扩大过氧化氢在各种工业领域中的使用范围。”

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