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Un photocatalyseur en hématite utilisant l'énergie solaire produit simultanément de l'hydrogène et du peroxyde d'hydrogène

ils pouvaient produire en toute sécurité, à moindre coût et de manière steady du peroxyde d’hydrogène ainsi que de l’hydrogène. Le peroxyde d’hydrogène est utilisé à de nombreuses fins, notamment la désinfection, le blanchiment et l’amélioration des sols.

une équipe de recherche conjointe a réussi à produire à la fois de l’hydrogène gazeux et du peroxyde d’hydrogène (*3) à partir de la lumière du soleil et de l’eau. L’équipe comprenait les membres suivants de l’Université de Kobe  :/ Graduate College of Science, Technologies, and Innovation), Professeur associé TSUCHIMOCHI Takashi (Graduate School of Program Informatics) et al.

il serait doable de développer un système d’utilisation de la séparation solaire de l’eau avec une valeur ajoutée encore plus grande.

Les mésocristaux d’hématite (*4) peuvent absorber une large gamme de lumière visible. Dans cette étude, le professeur agrégé Tachikawa et al. ont découvert qu’en préparant des électrodes avec des mésocristaux dopés (*5) avec deux ions métalliques différents, il était doable de produire en toute sécurité, à moindre coût et de manière secure du peroxyde d’hydrogène ainsi que de l’hydrogène. Le peroxyde d’hydrogène est utilisé à de nombreuses fins, notamment la désinfection, le blanchiment et l’amélioration des sols.

Ils prévoient également de développer cette technologie de mésocristal avec divers matériaux et systèmes de réaction.

Les résultats ont fait l’objet d’une publication en ligne avancée dans Mother nature Communications (Mother nature Publishing Team) le 23 mars 2022.

Points principaux

  • L’hématite seule ne convient pas à la output de peroxyde d’hydrogène. En dopant l’hématite avec différents ions métalliques (étain et titane) et en la frittant, les chercheurs ont développé un co-catalyseur d’oxyde composite très actif (*6)
  • . Le peroxyde d’hydrogène est utilisé à de nombreuses fins, notamment la désinfection, le blanchiment et l’amélioration des sols

mais il est nécessaire d’atteindre un taux de conversion de 10 % pour permettre l’adoption industrielle d’un tel système. Il a été souligné que même si ce rendement est atteint, le coût de l’hydrogène n’atteindra pas la valeur souhaitée. Pour surmonter ces problèmes, il existe une forte demande pour le développement d’un système de fractionnement solaire de l’eau de nouvelle génération compétitif à haute valeur ajoutée qui peut produire d’autres produits chimiques utiles en même temps que l’hydrogène.

Récemment.

Jusqu’à présent. Dans cette étude, les chercheurs ont découvert qu’en modifiant la floor de l’hématite avec un oxyde composite d’ions d’étain et de titane, il était doable de produire à la fois de l’hydrogène et du peroxyde d’hydrogène de manière très efficace et sélective.

Méthodologie de la recherche

l’eau)

Le dopage de cette hématite avec des ions étain (Sn2+) et des ions titane (Ti4+) puis son frittage à 700°C provoque une ségrégation des dopants étain et titane, conduisant à la development d’un co-catalyseur oxyde composite (SnTiOx) à haute sélectivité pour manufacturing de peroxyde d’hydrogène). Ce changement structurel a été révélé en effectuant des mesures de diffusion totale des rayons X par synchrotron à l’aide des lignes de lumière BL01B1 et BLO4B2 à l’installation SPring-8 (*9) et en utilisant un microscope électronique à haute résolution incorporant la spectroscopie de perte d’énergie électronique (*10).

l’hématite dopée à la fois avec Sn2+ et Ti4+ pourrait produire de l’hydrogène et du peroxyde d’hydrogène en même temps de manière très efficace et très sélective. De plus, les premiers calculs de principe (*12) ont suggéré que le co-catalyseur SnTiOx sur l’hématite était constitué de couches SnO2/SnTiO3 de quelques nanomètres d’épaisseur.

Développements ultérieurs

le groupe de recherche a réussi à produire du peroxyde d’hydrogènesite de production d’hydrogène et de peroxyde d’hydrogène utilisant la lumière du soleil. Ils prévoient également de développer ses purposes à d’autres oxydes métalliques et systèmes de réaction.

Glossaire 1. Hématite (α-Fe2O3) : Un style de minerai d’oxyde de fer. En in addition d’être sûre, peu coûteuse et stable (pH> 3).

Utilisée comme électrode Dans cette étude

3. Peroxyde d’hydrogène :, telles que les désinfectants, les détergents, les cosmétiques, l’eau de Javel et la purification de l’eau. La majorité du peroxyde d’hydrogène est produite à l’aide du procédé à l’antraquinone qui doit être conduit dans une usine chimique à grande échelle et génère des déchets organiques et du CO2. De as well as, le peroxyde d’hydrogène est instable, son transport est donc coûteux et sa sécurité suscite des inquiétudes. Cependant, ce groupe de recherche a développé une méthode de synthèse de H2O2 liquide via un procédé sûr, peu coûteux et écologique. Le H2O2 a une valeur marchande plus élevée que l’O2, donc la manufacturing de peroxyde d’hydrogène en même temps que l’hydrogène peut également réduire les coûts de production d’hydrogène.

4. Mésocristal : Structures cristallines poreuses constituées de nanoparticules alignées en trois dimensions. Petites de plusieurs centaines de nanomètres ou micromètres, elles présentent des pores entre les nanoparticules qui mesurent entre 2 et 50 nanomètres.

5. Dopage : Ajout d’une petite quantité d’une autre material aux cristaux pour modifier leurs propriétés physiques.

Dans cette étude, un oxyde composite d’étain et de titane a été utilisé pour favoriser la manufacturing de peroxyde d’hydrogène.

7. Efficacité de conversion de l’énergie lumineuse : quantité de particules lumineuses utilisées dans la réaction (sortie) divisée par la quantité de particules lumineuses introduites.

8. Méthode solvothermique : Méthode de synthèse de solides utilisant des solvants à hautes températures et hautes pressions.

9. SPring-8 : Situé dans le parc scientifique de Harima dans la préfecture de Hyogo. SPring-8 est une grande set up de rayonnement synchrotron qui fournit actuellement le rayonnement synchrotron le moreover puissant au monde. Le rayonnement synchrotron est produit lorsque des faisceaux d’électrons, accélérés presque à la vitesse de la lumière, sont forcés de se déplacer sur une trajectoire courbe par un champ magnétique, produisant un puissant rayonnement électromagnétique hautement focalisé. Un huge éventail de recherches utilisant le rayonnement synchrotron est mené à Spring-8, y compris la nanotechnologie. SPring-8 est géré par le RIKEN.

10. Spectroscopie de perte d’énergie électronique : Une procedure de spectroscopie pour analyser la composition d’un échantillon et l’état de liaison de ses éléments en mesurant l’énergie perdue lorsque le faisceau d’électrons incident excite les électrons dans l’échantillon. En combinant cette system avec la microscopie électronique à transmission à balayage, il est attainable d’analyser des régions minuscules à des résolutions élevées.

11. Efficacité faradique : Le pourcentage du courant électrique full qui est transféré dans un système facilitant une réaction électrochimique (dans ce cas la output d’hydrogène et de peroxyde d’hydrogène).

12. Premier principe de calcul  : une méthode de calcul du mouvement des électrons à l’intérieur d’une material, basée sur la théorie fonctionnelle de la densité. Il permet de calculer les propriétés d’absorption d’énergie de surface et la structure optimale d’un solide ou des particules.

13. Anode : En électrochimie, l’électrode où se produit la réaction d’oxydation

14. Cathode : En électrochimie, l’électrode où se produit la réaction de réduction