nouvelles

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Récemment, le professeur Liu Detao et son équipe de l'Université de technologie de Chine du SudUne nouvelle méthode a été développée pour améliorer l’efficacité de la production d’hydroperoxyde électrosynthétique.

Au cours de la recherche, l'équipe de recherche est partie des échelles moléculaire, nanométrique, millimétrique et autres matériaux, ouvrant ainsi une nouvelle voie de développement pour la conception d'une nouvelle génération de matériaux électrocatalytiques 2e à base de biomasse.

Après avoir optimisé la méthode de préparation des électrodes à diffusion gazeuse, l'équipe a découvert que le rendement de synthèse de l'hydroperoxyde pouvait atteindre 510,58 mg·L -1 ·cm -2 ·h -1 .

Ce rendement est des dizaines de fois supérieur à celui des autres matériaux catalytiques à base de carbone de biomasse actuels, et est également plusieurs fois supérieur au rendement des matériaux catalytiques à base de carbone pétrolier.

Figure | Photo du groupe de recherche (source : carte de données)

La nanocellulose est l'objet principal de cette étude. Il présente les avantages d'une porosité élevée et d'une surface spécifique élevée et peut être appliqué à la structure d'aérogel tridimensionnelle de groupes fonctionnels coordonnés contenant de l'oxygène.

En utilisant une coordination spéciale des ions métalliques sur la surface de la nanocellulose unidimensionnelle et une technologie de lyophilisation, un matériau appelé « mousse de nanocellulose à squelette d'imidazole de zéolite » peut être créé.

Ce matériau a un aspect violet vif et sa structure est relativement stable. Après des processus tels que la carbonisation, le matériau peut générer de nombreux sites actifs pour la capture de l'oxygène.

Figure | Échantillon d'aérogel en mousse de nanocellulose-zéolite imidazole-nanocellulose synthétisé par coordination du cobalt (Source : Small)

De plus, il peut également former une structure nanocomposite de tétroxyde de cobalt, ce qui est très propice à l'amélioration de l'efficacité de la migration des électrons, ce qui peut à son tour améliorer l'efficacité de la génération d'hydroperoxyde électrosynthétique.

Au cours de la recherche, l’équipe a également conçu un dispositif à technologie électro-Fenton à double cathode, capable d’établir une synergie.Il peut décomposer les polluants organiques courants avec une efficacité élevée et le taux d'élimination atteint 99,43 % en 30 minutes.

Pour les eaux usées de l'aquaculture, les eaux usées de peinture, les eaux usées de fabrication du papier et autres eaux usées, cette technologie peut également réaliser des fonctions de décontamination et de purification efficaces et rapides.

Par conséquent, il est très prometteur de remplacer la technologie existante des comprimés de désinfection chimique et de jouer un rôle dans la désinfection de l’eau potable saine et de la purification de l’eau portable en extérieur.

Selon les rapports, en tant que produit chimique vert extrêmement important, l'hydroperoxyde a de larges perspectives d'application dans les semi-conducteurs, les soins médicaux, le contrôle environnemental, la chimie fine et d'autres domaines.

À l'heure actuelle, dans la production industrielle d'hydroperoxydes, on utilise principalement une méthode appelée « méthode aux anthraquinones ».

Il présente des problèmes tels qu'un coût élevé, un fonctionnement complexe, une pollution de l'environnement et un transport et un stockage dangereux, ce qui rend difficile son utilisation dans les zones sauvages et les zones isolées.

En utilisant la méthode électrochimique 2e-ORR pour synthétiser l'hydroperoxyde, il est non seulement facile à utiliser et présente une efficacité de production élevée, mais présente également une très bonne stabilité électrochimique, ce qui est particulièrement adapté à certaines applications portables.

Cependant, la plupart des électrocatalyseurs cathodiques actuels reposent souvent sur des métaux précieux et des matériaux à base de carbone pétrolier, qui sont non seulement limités en termes d'approvisionnement en matières premières, mais entraînent également des coûts économiques élevés.

Cependant, l’utilisation mondiale actuelle des ressources renouvelables en cellulose de la biomasse offre de précieuses opportunités pour le développement de matériaux cathodiques alternatifs de nouvelle génération. Dans le même temps, ces matériaux présentent les avantages d'un prix bas, d'un large approvisionnement, de l'écologie et de la protection de l'environnement.

Cependant, pour les électrocatalyseurs 2e existants dérivés de la biomasse, une efficacité de production d'hydroperoxyde satisfaisante n'a pas été atteinte en raison de problèmes tels que peu de défauts de carbone, des lacunes en oxygène insuffisantes et de faibles capacités de transfert d'électrons.

Par conséquent, la conception d'un matériau électrocatalytique à 2 électrons à base de biomasse qui peut être utilisé pour synthétiser efficacement des hydroperoxydes synthétisés électrochimiquement revêt une importance pratique importante et peut offrir d'importantes perspectives d'application dans le domaine de la désinfection et des technologies d'oxydation avancées.

(Source : Petit)

Comme mentionné précédemment, la nanocellulose joue un rôle important dans ce projet. La nanocellulose de biomasse est non seulement abondante dans la nature, mais possède également des caractéristiques renouvelables.

Qian Zhiyun, étudiante à la maîtrise au sein de l'équipe, travaille sur la sélection préliminaire des matériaux et la conception structurelle depuis qu'elle a reçu ce projet.

Elle a fait de nombreuses tentatives, de la poudre de cellulose de la taille d'un micron à la cellulose régénérée dissoute, en passant par la fibre de papier ordinaire, mais n'a pas réussi à obtenir de bons résultats.

Plus tard, elle a commencé à essayer d'améliorer la sélectivité 2e de la nanocellulose et d'augmenter le rendement en hydroperoxyde à l'échelle moléculaire et nanométrique.

La surface de la nanocellulose contient un grand nombre de groupes hydrophiles contenant de l'oxygène et sa surface spécifique est également relativement grande.

Au niveau moléculaire, les microfibrilles ou nanofibrilles de cellulose hydrophiles possèdent un grand nombre de groupes hydroxyle contenant de l'oxygène et des chaînes moléculaires de cellulose dont la taille est inférieure au nanomètre.

Grâce aux avantages mentionnés ci-dessus, ils peuvent être fonctionnalisés en surface très facilement. De cette manière, la structure fonctionnelle de la cellulose à l’échelle nanométrique ou micrométrique peut également être artificiellement ajustée.

Figure | Schéma structurel (Source : Petit)

Sur cette base, par coordination du cobalt de la nanocellulose unidimensionnelle, une mousse nanostructurée de squelette d'imidazole de zéolite-nanocellulose peut être cultivée directement autour de la nanocellulose.

Dans le même temps, Qian Zhiyun et d’autres ont utilisé l’aérogel de nanocellulose comme substrat. Pour les nanoparticules de mousse de squelette de zéolite imidazole-nanocellulose, l'avantage est qu'elles peuvent obtenir une croissance uniforme à la surface de la nanocellulose.

De plus, ces nanoparticules peuvent réaliser une interconnexion étroite, ce qui garantit la stabilité dimensionnelle de la structure d’origine et empêche toute perte et déformation.

Grâce à cela, des échantillons d’aérogel de cobalt-nanocellulose peuvent être créés à l’aide d’une méthode simple et peu coûteuse.

Figure | Microstructure du catalyseur (Source : Petit)

Par la suite, en utilisant l’ingénierie moléculaire et la pyrolyse à haute température, les échantillons mentionnés ci-dessus peuvent entièrement générer des sites actifs de capture à haute teneur en oxygène au sein de la structure dense du réseau de nanocellulose.

À ce stade, les électrons peuvent être transférés le long du tétroxyde de cobalt nanostructuré ancré sur le biocharbon unidimensionnel, ce qui entraîne d’excellents rendements en hydroperoxyde.

Figure | Rendement de synthèse d'hydroperoxyde et effet Faraday (Source : Small)

De manière générale, depuis l’exploration initiale sans direction jusqu’à la conception d’une ingénierie moléculaire coordonnée avec les métaux, l’équipe a permis à la nanocellulose, une ressource en biocarbone, de libérer son excellent potentiel.

Récemment, un article connexe intitulé « Électrosynthèse cathodique évolutive de H2O2 utilisant un électrocatalyseur de nanocellulose coordonné au cobalt » a été publié sur Small (IF 13).

Figure | Documents connexes (Source : Small)

Qian Zhiyun, étudiant à la maîtrise à l'Université de technologie de Chine du Sud, est le premier auteur et le professeur Liu Detao est l'auteur correspondant.

Figure | Qian Zhiyun, le premier auteur de l'article (Source : Carte des données)

Selon les rapports, la synthèse électrochimique est une technologie clé ancienne mais nouvelle. Elle est simple, efficace, verte et sûre, peu coûteuse et facile à mettre à l'échelle, présentant une valeur commerciale très attrayante.

Au fil des années, les scientifiques chinois ont résolu de nombreux défis techniques difficiles à surmonter par d’autres méthodes en développant de nouvelles technologies de synthèse électrochimique.

De nombreuses avancées technologiques antérieures ont été appliquées à grande échelle, apportant de nouvelles solutions aux problèmes techniques courants de l’industrie.

Les matériaux fonctionnels, notamment les cathodes, les anodes, etc., constituent toujours le noyau clé de la synthèse électrochimique, qui détermine dans une certaine mesure l'efficacité, le coût et la durée de vie de la synthèse électrochimique.

Par conséquent, le développement continu de nouveaux matériaux électrocatalytiques alternatifs à haute performance est un objectif poursuivi par les chercheurs scientifiques.

Par conséquent, à l’avenir, l’équipe se concentrera sur la transformation des molécules de cellulose pour préparer de nouveaux matériaux 2e-ORR de haut niveau.

Afin de réduire les coûts et de simplifier le processus de préparation, ils mèneront également une coopération industrie-université-recherche avec des sociétés externes pour mettre en œuvre le document et résoudre les goulots d'étranglement dans le développement de l'industrie.

"Actuellement, de nombreuses entreprises nous ont appelé et nous ont rendu visite pour rechercher une coopération", a déclaré le chercheur.

Les références:

1. Qian, Z., Liu, D., Liu, D., Luo, Y., Ji, W., Wang, Y., ... & Duan, Y. (2024). Électrosynthèse cathodique évolutive de H2O2 utilisant un électrocatalyseur à base de nanocellulose coordonnée au cobalt. Small, 2403947.

Composition : Chu Jiashi

02/

03/

04/

05/