15:41 2022-06-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Îmbunătățirea producției de peroxid de hidrogen prin fotocataliză durabilă
_ Îmbunătățirea producției de peroxid de hidrogen prin metode durabile fotocataliza
Peroxidul de hidrogen este utilizat în multe industrii pentru o varietate de scopuri, inclusiv albire, tratare a apelor uzate, sterilizare și chiar ca combustibil pentru rachete. Deoarece produsul secundar al peroxidului de hidrogen este apa, acesta a fost lăudat ca fiind o substanță chimică „verde”, prietenoasă cu mediul, dar o privire mai atentă a procesului de producție al peroxidului de hidrogen dezvăluie o poveste mai complicată. Probleme precum cantitatea de energie utilizată pentru procesul de producție și exploatarea substanțelor chimice necesare au un impact dramatic asupra mediului. Pe măsură ce cererea de peroxid de hidrogen crește la nivel global, cercetătorii încearcă să găsească noi modalități de a produce peroxid de hidrogen, care sunt mai sigure și mai bune pentru mediu.
Cercetări anterioare au identificat tehnici care utilizează fotocataliză, utilizarea luminii pentru a începe un reacție chimică și electroni fierbinți, care sunt electroni de înaltă energie care au fost încărcați prin lumină vizibilă și infraroșie, ca soluții alternative la producția de peroxid de hidrogen. Atât fotocataliza, cât și electronii fierbinți au fost utilizați în alternativele de energie verde, cum ar fi energia solară, în trecut, dar limitările ambelor procese le-au împiedicat să fie implementate pentru producția de peroxid de hidrogen.
Pentru a aborda unele dintre acestea. limitări, cercetătorii de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai au găsit modalități de a face electronii fierbinți să dureze mai mult, astfel încât fotocataliza să poată fi utilizată pentru a produce peroxid de hidrogen într-un proces de producție mai sigur și mai curat.
Descoperirile au fost publicate pe 25 iunie în Nano Research.
Autorul lucrării Xinhao Li, profesor la Școala de Chimie și Inginerie Chimică de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai, a explicat unele dintre limitările utilizării electronilor fierbinți în producerea de peroxid de hidrogen. „Durata de viață a electronilor fierbinți, de obicei pe o scară de timp de 0,4 până la 0,3 picosecunde, nu ar putea fi corelată bine cu scara de timp a reacțiilor chimice tipice, inclusiv reacția de reducere a oxigenului la peroxid de hidrogen. Din acest motiv, este atrăgător să se dezvolte metode puternice de prelungire a duratei de viață a purtătorilor caldi termici peste fotocatalizatori ieftini pentru producerea de peroxid de hidrogen folosind doar apă, aer și lumină solară”, a spus Li.
Metoda de menținere a energiei electronilor fierbinți propusă de cercetătorii este simplu. O heterojuncție - o combinație de două straturi diferite de semiconductori - de dioxid de titan rutil și grafen este realizată pentru a recolta electronii fierbinți. Primii cercetători au explorat modalități de a produce sintetic dioxid de titan rutil rapid și eficient. Este nevoie de 24 de ore pentru ca procesul de transfer de fază prin metoda de măcinare să transforme dioxidul de titan anatază în dioxid de titan rutil, dar cercetătorii au reușit să reducă acest lucru la 5 minute.
Combinația dintre dioxidul de titan rutil și grafenul formează un bariera Schottky ridicată, care este esențială pentru prelungirea duratei de viață a electronilor fierbinți. Între metal și semiconductor se formează o barieră Schottky și acționează ca o barieră pentru electroni. Deoarece bariera Schottky dintre dioxidul de titan rutil și grafen este ridicată, facilitează injecția de electroni fierbinți și împiedică electronii să curgă înapoi prin barieră. Bariera ridicată este realizată datorită transferului rapid de fază între dioxidul de titan anatază și dioxidul de titan rutil. Transferul rapid de fază și bariera ridicată permit o durată lungă de viață a fluorescenței și o eficiență mai bună, stimulând producția de peroxid de hidrogen folosind lumina vizibilă și în infraroșu apropiat. Cercetătorii bănuiesc că grafenul/dioxidul de titan rutil poate fi reutilizat pentru cel puțin șase cicluri de reacții standard, făcându-l și mai eficient pentru producerea de peroxid de hidrogen.
În ceea ce privește ceea ce urmează, cercetătorii se uită înainte la modul de simplificare a procesului. „În lucrările ulterioare, sperăm să dezvoltăm strategii mai simple pentru a optimiza heterostructura fotocatalizei pentru a îmbunătăți în continuare utilizarea electronilor fierbinți fotogenerați. Acest sistem fotocatalitic condus de electroni fierbinți fotogenerați pe heterojoncțiuni ieftine fără metale nobile prezintă un potențial semnificativ, deoarece un nou sistem artificial de fotosinteză”, a spus Li.
Comentarii:
Adauga Comentariu