Rewolucja w produkcji H2O2: Ultracienkie nanoszytki obiecują ogromne możliwości
Bi4O5Br2 jest bardzo atrakcyjny jako wydajny piezokatalizator wykorzystujący wszechobecną energię mechaniczną do syntezy H2O2. Ultracienkie nanoarkusze Bi4O5Br2 za pośrednictwem wakatów tlenowych wykazują lepszą reakcję piezoelektryczną oraz silniejszą zdolność adsorpcji i aktywacji tlenu, co prowadzi do wyjątkowej wydajności syntezy piezokatalitycznej H2O2 bez żadnych środków protektorowych i kokatalizatorów w czystej wodzie. Źródło: Chiński dziennik katalizy
Niedawne badania wykazały skuteczność ultracienkich nanocząstek Bi4O5Br2 z kontrolowanymi wakatami tlenu we wzmacnianiu piezokatalitycznej produkcji nadtlenku wodoru (H2O2), co stanowi realną, przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych metod.
Nadtlenek wodoru (H2O2) jest kluczowym surowcem chemicznym o szerokim zastosowaniu w licznych zastosowaniach przemysłowych i codziennych. Jednakże przemysłowa metoda produkcji H2O2 za pomocą antrachinonu jest obarczona znaczącymi wadami, w tym wysokim poziomem zanieczyszczenia i zużyciem energii. Alternatywne podejście polega na wykorzystaniu wszechobecnej energii mechanicznej do piezokatalitycznego wydzielania H2O2, co stanowi obiecującą strategię. Pomimo swojego potencjału, metoda ta napotyka wyzwania ze względu na niezadowalającą efektywność konwersji energii.
Bi4O5Br2 jest uważany za bardzo atrakcyjny materiał fotokatalityczny ze względu na jego unikalną strukturę warstwową, doskonałą stabilność chemiczną, dobrą zdolność wychwytywania światła widzialnego i odpowiednią strukturę pasma. Zainspirowane niecentrosymetryczną strukturą kryształu, wydajność piezoelektryczna zaczęła ostatnio pojawiać się w wizji badaczy. Jednak jego potencjał jako wydajnego piezokatalizatora jest daleki od wykorzystania, zwłaszcza że wpływ defektów na piezokatalizę i piezokatalityczną produkcję H2O2 w porównaniu z Bi4O5Br2 pozostaje niewielki. Zatem piezokataliza napędzana energią mechaniczną stanowi obiecującą metodę syntezy H2O2 z czystej wody, charakteryzującą się dużą atrakcyjnością.
Niedawno grupa badawcza kierowana przez prof. Hongwei Huanga z China University of Geosciences zgłosiła wyjątkową wydajność ewolucji piezokatalitycznej H2O2, którą uzyskano w przypadku ultracienkich nanocząstek Bi4O5Br2 z odpowiednimi wakacjami tlenowymi, i ujawniła mechanizm, który sprawia, że cienka struktura i wakaty tlenowe wspólnie zwiększają aktywność piezokatalityczną. Wyniki opublikowano w chińskim czasopiśmie Catalytic.
Ultracienkie nanocząstki Bi4O5Br2 o kontrolowanym stężeniu wolnych miejsc tlenu syntetyzuje się jednoetapową metodą solwotermiczną poprzez dostrojenie stosunku wody do glikolu etylenowego. Eksperymenty i obliczenia teoretyczne wykazały, że Bi4O5Br2 z odpowiednimi wakatami tlenu wykazuje dramatyczną wydajność w piezokatalitycznej produkcji H2O2. Z jednej strony wakaty tlenowe i cienka struktura w znacznym stopniu zwiększają właściwości piezoelektryczne i potencjał piezoelektryczny Bi4O5Br2, co poprawia separację i przenoszenie ładunków piezoindukowanych. Z drugiej strony wakaty tlenowe sprzyjają adsorpcji i aktywacji tlenu na powierzchni Bi4O5Br2 i prowadzą do stale zmniejszającej się energii swobodnej Gibbsa ścieżki reakcji. Dlatego wydajność piezokatalitycznej produkcji H2O2 Bi4O5Br2 przy odpowiednich wakatach tlenu jest wyższa niż w przypadku innych powszechnie stosowanych piezokatalizatorów.
