Wasserstoffperoxid ist eines der weltweit besten Industriechemikalien mit einer Vielzahl von Anwendungen in der chemischen, medizinischen und halbluduktiven Industrie. Derzeit wird Wasserstoffperoxid hauptsächlich durch den Anthraquinon-Prozess erzeugt. Dieser Prozess hat jedoch mehrere Probleme, einschließlich hoher Energieverbrauch, teurer Palladiumkatalysatoren und Umweltverschmutzung aufgrund von Nebenprodukten.
In den letzten Jahren hat eine umweltfreundliche Methode zur Herstellung von Wasserstoffperoxid durch elektrochemische Reduktion von Sauerstoff unter Verwendung kostengünstiger Kohlenstoffkatalysatoren Aufmerksamkeit gewonnen. Diese Methode wurde jedoch durch die hohen Kosten für die Injektion von Sauerstoffgas injizieren und die praktischen Einschränkungen, dass das erzeugte Wasserstoffperoxid hauptsächlich in einer instabilen basischen Elektrolytumgebung erzeugt wird.
Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelte ein Forscherteam von Dr. Jong Min Kim, Center for Extrem Materials Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST), einen hocheffizienten mesoporösen Katalysator, der auch in Luftversorgungsumgebungen mit niedrigem Sauerstoffkonzentrationen und neutraler Elektrolyten effektiv Wasserstoffperoxid produzieren kann.
Die Arbeit ist veröffentlicht in der Zeitschrift Fortgeschrittene Materialien.
Das Team synthetisierte Bor-dotierten Kohlenstoff mit Mesoporen von etwa 20 Nanometern (NM), indem sie das Treibhausgas-Kohlendioxid (CO2) reagierten, das wirksame Reduktionsmittel Natriumborhydrid (NABH4) und Meso-Calcium-Carbonat-Partikel (NABH4) und Meso-Calcium-Carbonat (Caco3) Partikel, gefolgt von elektiven Partikeln der kalciumkarbonatgröße, gefolgt von elektiven Partikeln der Calciumkarbonat-Partikel.
Die Verwendung als Katalysator für die elektrochemische Wasserstoffperoxidproduktion haben gezeigt, dass Experimente und Berechnungen gezeigt haben, dass die von den Mesoporen gebildeten gekrümmten Oberflächeneigenschaften auch in neutralen Elektrolytumgebungen eine hervorragende katalytische Aktivität liefern, in denen die Produktion von Wasserstoffperoxid -Produktion schwierig sind.
Darüber hinaus hat die Echtzeit-Raman-Analyse bestätigt, dass die mesoporöse Struktur die glatte Sauerstoffübertragung als Reaktant erleichtert und eine hohe katalytische Aktivität auch in Luftumgebungen mit einer Sauerstoffkonzentration von nur etwa 20%ermöglicht.
Basierend auf diesen Ergebnissen zeigte das Team, dass von Bor-dotierte mesoporöse Kohlenstoffkatalysatoren, wenn sie auf einen Wasserstoff-Peroxid-Massenproduktionsreaktor angewendet werden, erstklassige Wasserstoffperoxidproduktionsproduktionseffizienzen von mehr als 80% unter nahezu kommerziellen Bedingungen von Neutralelektrolyt und Luftversorgung und Luftversorgung und Industrieklasse (200 MA/CM2) erreichen können.
Insbesondere gelang es dem Team, Wasserstoffperoxidlösungen mit einer Konzentration von 3,6%zu produzieren, was die medizinische Wasserstoffperoxidkonzentration (3%) übersteigt, was auf die Möglichkeit der Kommerzialisierung hinweist.
„Die mesoporöse Kohlenstoffkatalysatortechnologie, die Sauerstoff aus der Luft verwendet, die wir atmen, um Wasserstoffperoxid aus einem neutralen Elektrolyten zu produzieren, ist praktischer als herkömmliche Katalysatoren und wird die Industrialisierung beschleunigen“, sagte Dr. Jong Min Kim.
Weitere Informationen:
Jae Won Choi et al., Mesoporöser bor -dopierter Kohlenstoff mit gekrümmten B4C -aktiven Stellen für hocheffiziente H2O2 -Elektrosynthese in neutralen Medien und luftunterstützten Umgebungen, Fortgeschrittene Materialien (2025). Doi: 10.1002/adma.202415712