Dwufunkcyjny katalizator: Nowy sposób na produkcję H₂O₂ i przetwarzanie biomasy

Naukowcy CZT przedstawili innowacyjny, dwufunkcyjny materiał, który potrafi jednocześnie wytwarzać nadtlenek wodoru (H₂O₂) oraz przekształcać biomasę w cenne związki organiczne. Serce tego przełomowego systemu stanowi przewodzący szkielet metaliczno-organiczny (Ni-HITP), połączony z nanoklastrami PW₁₂. Powstałe wiązania Ni-O-W znacząco poprawiają właściwości elektronowe katalizatora, zwiększając jego aktywność. Materiał może działać zarówno jako katoda – redukując tlen do H₂O₂, jak i anoda – utleniając 5-hydroksymetylofurfural (HMF), pochodną biomasy, do kwasu FDCA, który jest kluczowym składnikiem biodegradowalnych tworzyw sztucznych. W nowoczesnym układzie elektrokatalitycznym osiągnięto aż 9,51 mola H₂O₂ na gram katalizatora na godzinę oraz 96,8% wydajności FDCA. To znacznie lepsze rezultaty niż w klasycznych rozwiązaniach i ważny krok w stronę zrównoważonej chemii.

Grafiki ilustrujące wyniki badań

Obraz 1. Charakterystyka otrzymanego dwufunkcyjnego katalizatora Ni-HITP/PW₁₂-2 – porównanie z blokami budulcowymi

(a) Wzory XRD związków Ni-HITP/PW₁₂-2 i Ni-HITP. Obrazy HRTEM wykonane wzdłuż kierunku [100] (b), obrazy AC-HAADF-STEM wykonane wzdłuż kierunku [001] (c) i schematy strukturalne Ni-HITP. (d) Widma FTIR związków Ni-HITP/PW₁₂-2, Ni-HITP i PW₁₂. Obrazy HRTEM wykonane wzdłuż kierunku [100] (e), obrazy AC-HAADF-STEM wykonane wzdłuż kierunku [001] (f) i schematy strukturalne (wstawka) Ni-HITP/PW₁₂-2

Obraz 2. Określenie właściwości katalizatora Ni-HITP/PW₁₂-2

(a) Szybkość produkcji H₂O₂(b) przebieg czasowy produkcji H₂O₂ dla Ni-HITP/PW₁₂-2 przy gęstości prądu 70 mA cm^-2 w 0.1 M KOH. (c) długoterminowy test stabilności. (d) selektywność H₂O₂ dla Ni-HITP/PW₁₂-2 po 48 h test przy 0.50 V względem RHE. (e) porównanie selektywności i szybkości produkcji H₂O₂ przez Ni-HITP/PW₁₂-2 z innymi niedawno opisanymi elektrokatalizatorami.

Członkowie zespołu z CZT: prof. Artur R. Stefankiewicz, dr Wojciech Drożdż

Główni współautorzy chińscy: prof. Chengzhong Yu, prof. Chao Liu

Osoba do kontaktu: prof. Artur R. Stefankiewicz, ars@amu.edu.pl