Fotoelectrocatálisis para la producción de productos químicos de alto valor añadido
La conversión de energía solar en química mediante la tecnología fotoelectroquímica (PEC) es una vía prometedora para lograr la neutralización del carbono
El desarrollo y la aplicación de la energía solar han alcanzado una gran atención junto con el agravamiento de la crisis energética mundial debido a sus grandes reservas de recursos, su amplia distribución y su respeto por el medio ambiente. La fotoelectrocatálisis (PEC) se ha considerado un enfoque prometedor para transformar la energía solar y almacenarla en forma de energía química. En los últimos años, la división del agua se ha convertido en la principal dirección de aplicación de la tecnología PEC debido a la seguridad y simplicidad de esta reacción, y al hidrógeno producido por la reacción catódica. Sin embargo, la reacción anódica de evolución de oxígeno (OER) en la división de agua PEC es un proceso de cuatro electrones con una cinética lenta, lo que conduce a una pobre eficiencia del sistema. Además, el O2 generado por la OER tiene un valor económico inferior, lo que no es beneficioso para reducir el coste global de la división del agua. Por lo tanto, el diseño de un fotoelectrodo eficiente, junto con la investigación de una reacción alternativa al OER adecuada, son las cuestiones críticas para extender la tecnología PEC a la aplicación práctica.
La conversión de energía solar en química mediante la tecnología fotoelectroquímica (PEC) es una vía prometedora para lograr la neutralización del carbono. Los investigadores ofrecen un resumen y un análisis detallados del sistema de reacción PEC, incluidos los sistemas comunes de división de agua PEC y los sistemas de producción de productos químicos de alto valor añadido, como la producción de peróxido de hidrógeno, el tratamiento de aguas residuales orgánicas, la conversión selectiva de materias primas orgánicas y la reducción del dióxido de carbono.
Chinese Journal of Catalysis
En realidad, hay varias reacciones que pueden llevarse a cabo en el sistema PEC, excepto la división del agua, como la reacción de síntesis oxidativa de H2O2, la reacción de oxidación orgánica y la reacción de reducción deCO2 (CO2RR). Todas estas reacciones son medios para añadir valor a los productos químicos para conseguir una producción química de alto valor añadido. Por ejemplo, el O2 obtenido a través de la REO es un producto químico común y económico que es similar a su materia prima de H2O, que puede ser sustituido por la fotoelectrooxidación de H2O a H2O2 de alto valor añadido. Además, como producto químico orgánico de la biomasa de bajo coste, el glicerol puede convertirse en productos químicos más valiosos, como la 1,3-dihidroxiacetona y el gliceraldehído, mediante un proceso de oxidación. Además, este tipo de reacción requiere un potencial de reacción menor en comparación con la OER, lo que significa que el sistema puede introducir menos energía para obtener más productos. En cuanto al fotocátodo, también hay muchos estudios que se centran en laCO2RR, que tiene el doble propósito de convertir la energía solar en productos químicos de alto valor añadido (como monóxido de carbono, formiato, metanol y etanol) y de reducir los niveles antropogénicos deCO2.
Para llevar a cabo los procesos mencionados, el principal problema que hay que resolver es la adecuación de los materiales semiconductores y las reacciones alternativas, como que la posición de la banda de energía del semiconductor debe ser la adecuada para impulsar la reacción sin problemas. Además de los materiales de cribado, es necesario regular la selectividad de los fotoelectrodos para los productos de alto valor añadido. Por lo tanto, es un gran reto diseñar un sistema de fotoelectrodo de rendimiento satisfactorio que cumpla estos requisitos. Aunque se han revisado algunos métodos de diseño de sistemas de división de agua, no existe un debate exhaustivo sobre la producción de diversos productos de alto valor añadido en los sistemas PEC.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Mingfei Shao, de la Universidad de Tecnología Química de Pekín (China), presentó un informe en el que se analiza el uso de la tecnología PEC para producir diversos productos de alto valor añadido y aplicaciones de tratamiento medioambiental, en el que se discuten varios sistemas PEC, como la división de agua PEC, la oxidación orgánica PEC acoplada a la evolución del hidrógeno y la reacción de reducción del dióxido de carbono PEC. Basándose en la opinión de que regular el fotoelectrodo para que coincida con la reacción de producción de productos químicos de alto valor añadido y garantizar la selectividad es el núcleo de este campo, también se prospecta el desarrollo de futuros sistemas PEC.
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