开发出在不排放二氧化碳的情况下生产过氧化氢的新技术

发表在ACSAppliedMaterials&Interfaces上的一项研究描述了一种在不排放二氧化碳(CO2)的情况下生产过氧化氢(H2O2)的新方法，二氧化碳是主要的温室气体之一，也是世界上生产最广泛的化学品之一。

过氧化氢用于漂白织物、纸浆和纸张，以及美白牙齿。它还被用作卫星姿态控制的推进器燃料，以及被医院用作消毒剂或灭菌剂。每年生产约200万吨这种化合物。

联邦大学化学教授伊沃·弗雷塔斯·特谢拉(IvoFreitasTeixeira)表示：“要了解我们研究结果的影响，首先要牢记H2O2在化学工业中的重要性及其目前的生产方式。”位于巴西圣保罗州的圣卡洛斯(UFSCar)。他拥有博士学位。在圣保罗大学(USP)获得无机化学博士学位，并于2019年至2021年期间担任德国波茨坦马克斯普朗克胶体与界面研究所的洪堡研究员。

“所有这些过氧化物都是通过涉及蒽醌的过程产生的[一种从蒽水解中衍生出来的化合物，一种有毒物质]。在这个过程中，蒽醌被还原然后氧化生成H2O2。该方法的缺点是蒽醌的高成本和使用贵金属如Pd[钯]和H2[氢]作为还原剂。这种氢是通过蒸汽-甲烷重整产生的，它涉及高温并释放CO2，​​导致全球变暖，“他说。

在这项研究中，研究人员使用光催化来指导该过程，从氧气(O2)中生产过氧化物。在光催化中，催化剂(加速化学反应的物质)被可见光而不是高温或高压激活。他们方法的另一个优点是使用氮化碳作为光催化剂。

这种物质仅由碳和氮组成，这两种物质在地壳中含量丰富，并且可以在可见光区域被激活，可见光区域相当于太阳光谱的45%左右。因此，很可能可以使用阳光代替人工照明，从而使该过程更具成本效益。

在测试了不同的反应条件后，研究人员得出了一个具有出色的H2O2生成速率的系统。“我们通过光催化途径实现了O2还原，其中氢源是反应介质中的水或牺牲试剂，通常是甘油，生物柴油生产的副产品，”Teixeira解释说。

在这个系统中，氮化碳被用作半导体，在光照下分离电荷，促进还原和氧化反应。O2被还原为H2O2并且牺牲试剂(甘油)被氧化。H2O2是在不需要使用H2的情况下获得的，因此没有CO2排放。

“在得出已发表文章中描述的结果之前，我们在调查中必须走的路很长，因为我们发现在光催化剂表面产生H2O2的同时，它也可以被退化，”特谢拉说。

“我们必须进行多次测试并不断修改光催化剂，以促进H2O2的形成并避免其分解。了解H2O2在氮化碳表面分解的机制对于使我们能够为这种反应开发理想的光催化剂。”