Väteperoxid (H ₂ O ₂ ) har hittat många tillämpningar i den moderna industrin, inklusive att fungera som en grön oxidant i desinfektionsmedel, blekmedel, desinficeringsmedel, kemisk syntes, och även som en potentiell energibärare. En ny katalysator, som möjliggör generering på plats av H ₂ O ₂ har utvecklats. Det har fått mycket uppmärksamhet i både akademi och industri som en snabb, enkel och billig metod för att producera H ₂ O ₂ , som är i ständig efterfrågan.

Ett forskarlag, ledd av professor Jong-Beom Baek vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har utvecklat en kolbaserad högeffektiv elektrokemisk katalysator för användning för att producera H ₂ O ₂ . Eftersom det är kolbaserat, det är billigt och kräver ingen komplicerad process, och möjliggör således produktion på plats av H ₂ O ₂ . Denna studie är särskilt meningsfull eftersom den också har identifierat de aktiva platserna där katalytiska reaktioner inträffar.

Väteperoxid (H ₂ O ₂ ), används ofta som desinfektionsmedel på apotek, är ett miljövänligt oxidationsmedel som används som lakrits i olika industriella processer. Dessutom, vätebränsleceller som används i elfordon får användas istället för väte, och efterfrågan förväntas öka snabbt i framtiden. Dock, antrakinonprocessen, som producerar väteperoxid, är komplex, stor, och förbrukar hög energi. Därför, det finns en kostnad för att transportera och lagra den producerade väteperoxiden till platsen, och det finns också ett problem med att hantera mycket reaktiv väteperoxid vid en hög koncentration.

Forskargruppen fokuserade på den elektrokemiska metoden som en metod för att framställa väteperoxid för att ersätta antrakinonprocessen. Detta för att inducera syrereduktion till väteperoxid genom att utveckla högeffektiva katalysatorer baserade på billiga kolmaterial. De syntetiserade katalysatorn genom att fästa funktionella grupper som kinon, eter, och karbonyl till tunna kolbaserade material såsom grafen. Som ett resultat, det lyckades syntetisera en katalysator med en hög effektivitet på 97,8 %.

Studien identifierade också det exakta aktiva stället där den katalytiska reaktionen äger rum. Det koloxidbaserade materialet som tidigare rapporterats som en väteperoxidalstrande katalysator innehåller olika syrefunktionella grupper, så det är inte känt exakt vilken funktionell grupp som är det aktiva stället för katalysatorn. Den här gången, de exakta aktiva platserna analyserades genom att syntetisera koloxidmaterial med separata syrefunktionella grupper som kinon, eter, och karbonyl. Som ett resultat, det bekräftades att koloxidmaterialet med många kinonfunktionella grupper visar den högsta katalytiska effektiviteten.

"Denna studie är att öka förståelsen för de aktiva platserna som är viktiga för produktionen av väteperoxid, " säger Gao-Feng Han, huvudförfattaren till studien. "Förutom experimentet, beräkningsmetoden för densitetsfunktionsteori användes för att bekräfta att den funktionella kinongruppen hade hög katalytisk aktivitet och mycket liten överspänning i väteperoxidproduktionsreaktionen (ORHP)."

"Våra resultat ger riktlinjer för att designa kolbaserade katalysatorer, som har samtidig hög selektivitet och aktivitet för H ₂ O ₂ syntes, " säger professor Baek. "Genom detta, det är möjligt att minska kostnaderna för transport och lagring av väteperoxid och att utöka användningsområdet för väteperoxid inom olika industriområden."