In-situ electrogeneration of H₂O₂ and hydroxyl radical applied for venlafaxine degradation: A novel strategy using FeSe2-modified carbon gas diffusion electrode

Autor(es):Mostrar menos -

Bimbi Junior, Fausto E. ; Junior, Oswaldo C. ; Souto, Robson S. ; Encide, Joao Pedro P. ; Baruch, Micael M. ; Felipe, Maria C. V. ; Fernandes, Larissa ; Araujo, Isabela F. ; Fernandes, Carlos H. M. ; Oliveira, Igor G. S. ; Honorio, Kathia M. ; Colombo, Renata ; Mastelaro, Valmor R. ; Barros, Willyam R. P. ; Lanza, Marcos R. V.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL; v. 517, p. 18-pg., 2025-08-01.

Resumo

In the present work, iron diselenide (FeSe2) nanoparticles (NPs) were synthesized via the hydrothermal method and were employed as photo-electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and organic pollutant degradation. The modification of the surface of Printex L6 carbon (PL6C) structure with FeSe2 NPs resulted in enhanced ORR activity and selectivity, leading to the efficient electrogeneration of hydrogen peroxide (H2O2) and hydroxyl radical (center dot OH). The application of the 2%FeSe2-modified PL6C with gas diffusion electrode (GDE) resulted in a 2.0-fold and 3.15-fold increase in H2O2 production in alkaline and acidic media, respectively, compared to the unmodified PL6C-GDE, under identical operating conditions. Density Functional Theory (DFT) calculations confirmed that the modification of the PL6C-GDE with FeSe2 NPs markedly enhanced O2 adsorption on the PL6C surface, reducing the Gibbs free energy from -93.47 to -202.12 kJ mol- 1. Photocatalytic H2O2 production increased by 1.25-fold in alkaline media due to the narrow bandgap of FeSe2 NPs. In acidic condition, the competitive formation of center dot OH resulted in H2O2 consumption, even in the presence of a scavenger. The 2% FeSe2-modified PL6C-GDE exhibited excellent performance when applied for the photo-electrochemical degradation of 15 mg L- 1 venlafaxine, achieving complete mineralization in both alkaline (180 min) and acidic media (120 min). This work highlights the role of FeSe2 NPs in modulating ORR pathways on the PL6C catalyst and promoting efficient electron transfer, in addition to enhancing protonation, oxygen adsorption, and formation of intermediates. These effects boost H2O2 selectivity and center dot OH generation, thus making the FeSe2-modified PL6C-GDE a highly promising photo-electrocatalyst for energy conversion and environmental remediation applications. (AU)

• Processo FAPESP: 22/04053-0 - Síntese de novos nanocatalisadores heterogêneos à base de ferro (FeSe2 e Fe3O4) para aplicação na degradação de drogas psiquiátricas via processo foto-eletro-Fenton
• Beneficiário: Fausto Eduardo Bimbi Júnior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 25/01819-0 - Degradação eletroquímica de levofloxacina, nimesulida e sulfametoxazol em meio aquoso: estudos in silico sobre mecanismos de reação e ecotoxicidade
• Beneficiário: Micael Mantovani Baruch
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 18/22022-0 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: sistema de espectroeletroquímica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 22/12895-1 - Processos avançados para a degradação de poluentes emergentes: materiais catalíticos, sensores eletroanalíticos e divulgação científica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/06558-5 - Eletrodos de difusão gasosa modificados com NPs de Co e/ou Fe e biochar para eletrogeração de H2O2 in situ e degradação de drogas antidepressivas: aspectos mecanísticos e tecnológicos
• Beneficiário: Carlos Henrique Magalhães Fernandes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/22210-0 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: cromatógrafo líquido (HPLC)
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 19/06650-3 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: sistema potenciostato com módulo de impedância eletroquímica
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 24/11170-9 - Eletrossíntese de peróxido de hidrogênio utilizando eletrodos de difusão gasosa (EDGs) modificados com eletrocatalisadores nanoestruturados e a sua aplicação na degradação de compostos orgânicos poluentes
• Beneficiário: Oswaldo Costa Junior
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 18/22211-7 - EMU concedido no processo 2017/10118-0: analisador de carbono orgânico total (TOC)
• Beneficiário: Marcos Roberto de Vasconcelos Lanza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários