Catalisador à base de Ru impulsiona a valorização da lignina por via elétrica, transformando-a em combustíveis de alto valor
Uma estrutura interfacial Bi-Ru inibe a formação de hidrogénio gasoso e direciona o hidrogénio ativo para a quebra das ligações da lignina
Anúncios
A lignina é um dos recursos aromáticos renováveis mais abundantes na Terra. Enquanto componente principal da biomassa vegetal, contém estruturas ricas em anéis de benzeno que podem ser transformadas em produtos químicos de alto valor e moléculas de combustível. No entanto, a lignina é também altamente complexa e difícil de decompor de forma eficiente, uma vez que as suas unidades estruturais estão ligadas por fortes ligações C-O e C-C.
Imagem simbólica
AI-generated image
A hidrogenação eletrocatalítica oferece uma forma promissora de valorizar a lignina em condições suaves, utilizando eletricidade em vez de gás hidrogénio a alta pressão. Esta abordagem é atraente porque pode ser combinada com eletricidade renovável e proporciona um controlo preciso sobre o processo de reação. No entanto, permanece um grande desafio: durante as reações eletroquímicas, as espécies de hidrogénio ativo são frequentemente consumidas pela reação concorrente de evolução de hidrogénio, produzindo gás H2 em vez de participarem na conversão da lignina. Isto reduz a eficiência energética e limita a formação do produto.
Recentemente, uma equipa de investigação liderada pelo Prof. Junming Xu, do Instituto de Indústria Química de Produtos Florestais da Academia Chinesa de Silvicultura, na China, desenvolveu um catalisador Ru@Bi/N-C com interface modificada, combinado com um sistema eletrolítico multifuncional HPW-HFIP para a melhoria eficiente da hidrogenação eletrocatalítica da lignina. O estudo revela que a estrutura interfacial Bi-Ru e os sítios vizinhos com defeito de N podem regular com precisão a migração do hidrogénio ativo, suprimir a reação concorrente de evolução de hidrogénio e promover a clivagem seletiva das ligações da lignina. Esta estratégia sinérgica catalisador-eletrólito permite a conversão altamente eficiente de compostos modelo de lignina em monómeros aromáticos valiosos e produtos químicos relacionados com combustíveis, proporcionando uma via promissora para a valorização sustentável da biomassa.
Neste sistema, a interface Bi-Ru suprime a formação excessiva de gás hidrogénio nos sítios de Ru, ao mesmo tempo que promove a migração do hidrogénio ativo para sítios vizinhos com deficiência de azoto. Estes sítios vizinhos proporcionam uma força de adsorção adequada para os compostos modelo de lignina, permitindo que estes sofram uma clivagem eficiente das ligações e uma rápida dessorção do produto. Em termos simples, o catalisador ajuda o hidrogénio ativo a escolher o «caminho certo»: reagir com moléculas de lignina em vez de formar hidrogénio gasoso.
O eletrólito também desempenha um papel crucial. O ácido fosfotúngstico, abreviado como HPW, atua como mediador de eletrões e protões. Pode aceitar e libertar eletrões de forma reversível, ajudando a gerar espécies de hidrogénio ativo na superfície do catalisador em suspensão. Entretanto, o HFIP, um aditivo altamente polar, promove a ativação de grupos hidroxilo em moléculas derivadas da lignina e reduz a barreira energética para a clivagem da ligação C-O. Em conjunto, o eletrólito HPW-HFIP cria um microambiente de reação favorável para a valorização eficiente da biomassa.
Utilizando 2-fenoxi-1-feniletanol como um composto modelo representativo da lignina, o catalisador Ru@Bi/N-C alcançou uma conversão de 93,64% e uma eficiência faradaica de 91,92%. A reação produziu vários monómeros aromáticos valiosos, incluindo derivados de fenol e feniletanol. Estudos mecanísticos adicionais utilizando medições eletroquímicas, espectroscopia Raman in situ, dessorção programada por temperatura de hidrogénio e cálculos teóricos confirmaram que o elevado desempenho tem origem na regulação sinérgica da migração de hidrogénio, da adsorção do substrato e da ativação assistida por eletrólito.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento Pesquisa e desenvolvimento
Notícias mais lidas
Mais notícias de nossos outros portais
Consulte os mundos temáticos para obter conteúdo relacionado
Mundo temático da tecnologia de baterias
O mundo temático da tecnologia de baterias reúne conhecimentos relevantes de uma forma única. Aqui você encontra tudo sobre fornecedores e seus produtos, webinars, white papers, catálogos e brochuras.
Mundo temático da tecnologia de baterias
O mundo temático da tecnologia de baterias reúne conhecimentos relevantes de uma forma única. Aqui você encontra tudo sobre fornecedores e seus produtos, webinars, white papers, catálogos e brochuras.