Waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ) heeft veel toepassingen gevonden in de moderne industrie, waaronder het optreden als groen oxidatiemiddel in ontsmettingsmiddelen, bleekmiddelen, ontsmettingsmiddelen, chemische synthese, en zelfs als potentiële energiedrager. Een nieuwe katalysator die de productie van H . ter plaatse mogelijk maakt ₂ O ₂ is ontwikkeld. Het heeft veel aandacht gekregen in zowel de academische wereld als de industrie als een snelle, eenvoudige en goedkope methode om H . te produceren ₂ O ₂ , waar constant vraag naar is.

Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Jong-Beom Baek in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST heeft een op koolstof gebaseerde hoogrenderende elektrochemische katalysator ontwikkeld voor gebruik om H ₂ O ₂ . Omdat het op koolstof is gebaseerd, het is goedkoop en vereist geen ingewikkeld proces, en maakt zo de productie van H . ter plaatse mogelijk ₂ O ₂ . Deze studie is bijzonder zinvol omdat het ook de actieve plaatsen heeft geïdentificeerd waar katalytische reacties plaatsvinden.

Waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ), vaak gebruikt als ontsmettingsmiddel in apotheken, is een milieuvriendelijke oxidator die wordt gebruikt als drop in verschillende industriële processen. In aanvulling, waterstofbrandstofcellen die in elektrische voertuigen worden gebruikt, mogen worden gebruikt in plaats van waterstof, en de verwachting is dat de vraag in de toekomst snel zal toenemen. Echter, het antrachinonproces, die waterstofperoxide produceert, is ingewikkeld, groot, en verbruikt veel energie. Daarom, er zijn kosten verbonden aan het transport en de opslag van het geproduceerde waterstofperoxide naar de locatie, en er is ook een probleem om zeer reactief waterstofperoxide in een hoge concentratie te beheersen.

Het onderzoeksteam richtte zich op de elektrochemische methode als methode om waterstofperoxide te produceren ter vervanging van het antrachinonproces. Dit is om zuurstofreductie tot waterstofperoxide te induceren door hoogrenderende katalysatoren te ontwikkelen op basis van goedkope koolstofmaterialen. Ze synthetiseerden de katalysator door functionele groepen zoals chinon, ether, en carbonyl tot dunne op koolstof gebaseerde materialen zoals grafeen. Als resultaat, het is erin geslaagd een katalysator te synthetiseren met een hoog rendement van 97,8%.

De studie identificeerde ook de exacte actieve plaats waar de katalytische reactie plaatsvindt. Het op koolstofoxide gebaseerde materiaal dat eerder werd gerapporteerd als een waterstofperoxide-genererende katalysator, bevat verschillende functionele zuurstofgroepen, het is dus niet precies bekend welke functionele groep de actieve plaats van de katalysator is. Deze keer, de exacte actieve plaatsen werden geanalyseerd door koolstofoxidematerialen te synthetiseren met afzonderlijke functionele zuurstofgroepen zoals chinon, ether, en carbonyl. Als resultaat, er werd bevestigd dat het koolstofoxidemateriaal met veel functionele chinongroepen de hoogste katalytische efficiëntie vertoont.

"Deze studie is bedoeld om het begrip te vergroten van de actieve sites die belangrijk zijn voor de productie van waterstofperoxide, " zegt Gao-Feng Han, de hoofdauteur van de studie. “Naast het experiment, de berekeningsmethode van de dichtheidsfunctietheorie werd gebruikt om te bevestigen dat de functionele chinongroep een hoge katalytische activiteit en een zeer kleine overspanning had in de waterstofperoxideproductiereactie (ORHP)."

"Onze bevindingen bieden richtlijnen voor het ontwerpen van op koolstof gebaseerde katalysatoren, die gelijktijdig een hoge selectiviteit en activiteit voor H . hebben ₂ O ₂ synthese, " zegt professor Baek. "Hierdoor, het is mogelijk om de kosten die nodig zijn voor het transport en de opslag van waterstofperoxide te verlagen en om het toepassingsgebied van waterstofperoxide op verschillende industriële gebieden uit te breiden."