L’ottimizzazione delle reazioni elettrochimiche è essenziale per la transizione verso le energie rinnovabili. Nelle reazioni elettrochimiche, le correnti elettriche e le differenze di potenziale vengono utilizzate per legare e indurre reazioni. L'elettrochimica è un prerequisito per la produzione di idrogeno, per la tecnologia delle batterie e quindi per la chimica sostenibile.
Sebbene negli ultimi anni si sia registrato un notevole sviluppo tecnologico in questo settore, c'è ancora spazio per miglioramenti e c'è ancora molta strada da fare verso applicazioni industriali su larga scala.
Gli scienziati del Cluster of Excellence RESOLV dell'Università della Ruhr di Bochum e dell'École normale supérieure di Parigi hanno scoperto due nuovi aspetti per controllare e quindi ottimizzare le reazioni elettrochimiche sulle interfacce elettrificate.
Descrivono i loro risultati nel Journal of American Chemical Society .L'articolo è stato scelto dalla rivista per comparire in copertina.
Per comprendere il comportamento complesso delle interfacce elettrificate, il team ha esaminato un parametro critico, chiamato costante di dissociazione acida (pKa) delle molecole alle interfacce elettrificate metallo/acqua. Mentre nelle soluzioni sfuse questo valore è ben noto, è stato ipotizzato che questo parametro, essenziale per la chimica acido/base, possa essere molto diverso in prossimità degli elettrodi. Tuttavia, misurare i valori pKa in condizioni elettrochimiche è sperimentalmente impegnativo.
Per risolvere questo problema, il gruppo di Havenith ha combinato tecniche spettroscopiche avanzate specifiche della superficie, in particolare la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS), con la modellazione teorica. I risultati variano con la tensione applicata:la chimica acido-base nelle interfacce elettrificate è chiaramente diversa dalla chimica nella soluzione sfusa.
I loro risultati evidenziano due meccanismi chiave che governano le reazioni acido-base sulle interfacce elettrificate:l’influenza dell’idrofobicità locale e l’impatto di forti campi elettrici locali. Analizzando la protonazione/deprotonazione delle molecole di glicina, i ricercatori hanno osservato un'interfaccia idrofobica acqua/acqua vicino alla superficie metallica, che porta a una destabilizzazione delle forme zwitterioniche di glicina. Aumentando il potenziale applicato l'effetto viene amplificato.
I loro risultati mostrano i cambiamenti delle proprietà di solvatazione locale alle interfacce metallo/acqua, presentando nuove strade per la regolazione fine della reattività in elettrochimica. Queste informazioni offrono nuove opportunità per ottimizzare i processi elettrochimici e progettare nuove strategie per la catalisi poiché entrambi i fattori possono essere regolati in modo controllato.
Ulteriori informazioni: Steffen Murke et al, Sintonizzazione della chimica acido-base su un'interfaccia elettrificata oro/acqua, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13633
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
Fornito da Ruhr-Universitaet-Bochum
