Alcuni liquidi come olio e acqua non si mescolano, ma le reazioni chimiche possono verificarsi sul loro confine nelle mani dei chimici. Il prof. Marcin Opałło studia i processi che avvengono sull'interfase liquido-liquido. Fonte:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski Credito:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski
La domanda di consumo energetico, disponibilità limitata di combustibili fossili, e l'inquinamento causato dall'industria della produzione di energia sfidano gli scienziati a trovare nuovi, più conveniente, e soluzioni più ecologiche per produrre energia. La maggior parte delle attuali fonti di energia è lungi dall'essere rispettosa dell'ambiente. In tale contesto, generazione elettrochimica di sostanze chimiche, a prima vista, non sarebbe sospettato di avere un enorme potenziale da applicare in questo settore.
Uno dei composti promettenti è una molecola priva di carbonio di perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ), con spiccate proprietà ossidative e sbiancanti. La maggior parte di noi ricorda che 3-6% H 2 oh 2 è stato utilizzato per applicazioni antisettiche:Disinfezione della pelle per prevenire l'infezione in caso di tagli minori. Però, come agente ossidante, il perossido di idrogeno è ampiamente applicato nella polpa, carta, e industrie tessili; è anche usato per deodorare, per esempio. come sostituto del cloro nel trattamento delle acque reflue e potabili.
Nonostante la sua popolarità e disponibilità, l'uso di H 2 oh 2 soluzioni per il trattamento delle ferite all'avanguardia non sono più raccomandate. Però, il perossido di idrogeno è usato come propellente nei razzi a combustibile liquido, satelliti, e persino siluri. Può anche essere applicato come combustibile o ossidante nelle celle a combustibile, anche se la sua produzione è tutt'altro che sostenibile e green. Generalmente, la produzione di questo composto richiede l'utilizzo di sostanze chimiche pericolose, fare una sintesi su scala industriale di H 2 oh 2 una sfida globale. Così, sono necessarie nuove soluzioni per la sua generazione.
Recentemente, scienziati dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze guidati dal prof. Marcin Opallo, in collaborazione con il prof. Hubert H. Girault dell'Ecole Polytechnique Federale di Losanna, ha riportato studi dettagliati sulla generazione di perossido di idrogeno tramite la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) al confine tra due liquidi, come l'interfaccia acqua-olio. Il primo è una soluzione acquosa acida, e il secondo è un solvente immiscibile con l'acqua costituito solo da ioni:un cosiddetto liquido ionico a temperatura ambiente. Nella loro relazione, che è una parte significativa del dottorato di ricerca. Tesi del suo primo autore, dott. Justyna Kalisz, hanno confrontato i loro dati con i risultati ottenuti all'interfaccia formata da solventi molecolari aventi tipicamente viscosità molto più piccola.
I ricercatori hanno sottolineato che l'effetto solvente che può aiutare a comprendere il meccanismo di H 2 oh 2 generazione. Confrontando i dati per le interfacce olio-acqua formate da tredici liquidi ionici e solventi molecolari con viscosità che differiscono di tre ordini di grandezza, hanno concluso che non è il trasporto dei reagenti ma la cinetica ORR che controlla l'efficienza di H 2 oh 2 generazione. Hanno anche scoperto che il trasferimento ionico interfacciale che accompagna il trasferimento di elettroni dal donatore disciolto nella fase oleosa è diverso per i liquidi ionici e i solventi molecolari.
"In questo lavoro, abbiamo dimostrato che il tipo di liquido ionico influenza la velocità di O 2 riduzione a H 2 oh 2 all'interfaccia olio-acqua, trovando che H 2 oh 2 la generazione è più efficiente quando il liquido ionico è costituito da meno cationi idrofobici, " afferma il prof. Opallo.
Aggiunge, "Abbiamo anche dimostrato che l'applicazione di una pasta preparata da polvere di carbonio e liquido ionico come fase oleosa consente la rigenerazione elettrochimica del donatore di elettroni per aumentare l'efficienza della reazione interfacciale".
La generazione di perossido di idrogeno è stata studiata con la microscopia elettrochimica a scansione (SECM). Questa tecnica consente la determinazione locale della concentrazione del prodotto elettroattivo della reazione interfacciale, qui H 2 oh 2 . Un elettrodo (del diametro misurato in decine di micrometri) si avvicina lentamente all'interfaccia, e viene registrata la corrente corrispondente al processo di ossidazione sulla punta della sonda SECM. L'efficienza della reazione è stimata dalla dipendenza della corrente dalla distanza dall'interfaccia liquido-liquido in funzione del tempo.
osserva il prof. Opallo, "Sulla base dei dati SECM, abbiamo scoperto che il processo netto è controllato dalla cinetica della reazione di riduzione dell'ossigeno. Sorprendentemente, l'elevata viscosità dei liquidi ionici consente l'applicazione di una pasta (preparata da polvere di carbone e liquido ionico) come fase oleosa per la rigenerazione elettrochimica del donatore di elettroni, per aumentare l'efficienza della reazione interfacciale. Nel rispetto, il sistema studiato può essere considerato come un esempio di catalisi redox omogenea."
Lo studio riportato in ChemPhysChem rivista rivela la complessità delle reazioni all'interfaccia liquido-liquido. Contrariamente all'interfaccia elettrodo-soluzione, l'interfaccia ricercata è autorigenerante e difficile da contaminare. La sua applicazione per la generazione di sostanze chimiche è ancora agli inizi, ma potrebbe avere un futuro promettente. Oltre al perossido di idrogeno, generazione di idrogeno, guidato principalmente dalla luce, è un altro esempio. Però, questa è un'altra storia.
