De vraag naar energieverbruik, beperkte beschikbaarheid van fossiele brandstoffen, en vervuiling veroorzaakt door de energieproductie-industrie dagen wetenschappers uit om nieuwe, voordeliger, en groenere oplossingen om stroom te produceren. De meeste van de huidige energiebronnen zijn verre van milieuvriendelijk. In deze context, elektrochemisch ondersteunde generatie van chemicaliën, op het eerste gezicht, zou niet worden vermoed dat het een enorm potentieel heeft om in deze sector te worden toegepast.

Een van de veelbelovende verbindingen is een koolstofvrij molecuul waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ), met sterke oxidatieve en blekende eigenschappen. De meesten van ons herinneren zich dat 3-6% H ₂ O ₂ werd gebruikt voor antiseptische toepassingen:Desinfectie van de huid om infectie te voorkomen bij kleine snijwonden. Echter, als oxidatiemiddel, waterstofperoxide wordt veel toegepast in pulp, papier, en textielindustrieën; het wordt ook gebruikt voor deodoriseren, bijv. als vervanging voor chloor in riool- en drinkwaterbehandeling.

Ondanks zijn populariteit en beschikbaarheid, het gebruik van H ₂ O ₂ oplossingen voor de behandeling van geavanceerde wonden wordt niet langer aanbevolen. Echter, waterstofperoxide wordt gebruikt als drijfgas in raketten met vloeibare brandstof, satellieten, en zelfs torpedo's. Het kan ook worden toegepast als brandstof of oxidatiemiddel in brandstofcellen, hoewel de productie verre van duurzaam en groen is. Gebruikelijk, de productie van deze verbinding vereist het gebruik van gevaarlijke chemicaliën, het maken van een synthese op industriële schaal van H ₂ O ₂ een wereldwijde uitdaging. Dus, nieuwe oplossingen voor zijn generatie zijn nodig.

Onlangs, wetenschappers van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen onder leiding van prof. Marcin Opallo, in samenwerking met prof. Hubert H. Girault van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, rapporteerde gedetailleerde studies over de vorming van waterstofperoxide via zuurstofreductiereactie (ORR) op de grens tussen twee vloeistoffen, zoals de water-olie-interface. De eerste is een waterige zuuroplossing, en de tweede is een niet met water mengbaar oplosmiddel dat alleen uit ionen bestaat:een zogenaamde ionische vloeistof bij kamertemperatuur. In hun rapport, dat is een belangrijk onderdeel van Ph.D. Scriptie van de eerste auteur, dr. Justyna Kalisz, ze vergeleken hun gegevens met resultaten verkregen op het grensvlak gevormd door moleculaire oplosmiddelen die typisch een veel lagere viscositeit hebben.

Onderzoekers wezen erop dat het oplosmiddeleffect dat kan helpen om het mechanisme van H . te begrijpen ₂ O ₂ generatie. Vergelijking van gegevens voor olie-waterinterfaces gevormd door dertien ionische vloeistoffen en moleculaire oplosmiddelen met een viscositeit die drie ordes van grootte verschilt, ze concludeerden dat het niet het transport van reactanten maar de ORR-kinetiek is die de efficiëntie van H . regelt ₂ O ₂ generatie. Ze ontdekten ook dat grensvlak-ionoverdracht die gepaard gaat met de elektronenoverdracht van de donor opgelost in de oliefase verschillend is voor ionische vloeistoffen en moleculaire oplosmiddelen.

"In dit werk, we hebben aangetoond dat het type ionische vloeistof de snelheid van O . beïnvloedt ₂ reductie tot H ₂ O ₂ op het olie-water grensvlak, vinden dat H ₂ O ₂ generatie is efficiënter wanneer ionische vloeistof uit minder hydrofobe kationen bestaat, " beweert prof. Opallo.

Hij voegt toe, "We hebben ook aangetoond dat het aanbrengen van een pasta bereid uit koolstofpoeder en ionische vloeistof als oliefase elektrochemische regeneratie van elektronendonor mogelijk maakt om de grensvlakreactie-efficiëntie te verhogen."

De vorming van waterstofperoxide werd onderzocht met Scanning Electrochemical Microscopy (SECM). Deze techniek zorgt voor lokale bepaling van de concentratie van het elektroactieve product van de grensvlakreactie, hier H ₂ O ₂ . Een elektrode (met de diameter gemeten in tientallen micrometers) nadert langzaam het grensvlak, en de stroom die overeenkomt met het oxidatieproces aan de punt van de SECM-sonde wordt geregistreerd. De efficiëntie van de reactie wordt geschat uit de afhankelijkheid van de stroom van de afstand tot het vloeistof-vloeistofgrensvlak als functie van de tijd.

Prof. Opallo merkt op, "Op basis van SECM-gegevens, we hebben gevonden dat het nettoproces wordt geregeld door de kinetiek van de zuurstofreductiereactie. Opmerkelijk, de hoge viscositeit van ionische vloeistoffen maakt het mogelijk om een ​​pasta (bereid uit koolstofpoeder en ionische vloeistof) als oliefase aan te brengen voor elektrochemische regeneratie van elektronendonor, om de efficiëntie van de grensvlakreactie te verhogen. In dit opzicht, het bestudeerde systeem kan worden beschouwd als een voorbeeld van homogene redoxkatalyse."

De studie gerapporteerd in de ChemPhysChem tijdschrift onthult de complexiteit van reacties op het vloeistof-vloeistofgrensvlak. In tegenstelling tot de elektrode-oplossing-interface, de onderzochte interface is zelfherstellend en moeilijk te besmetten. De toepassing ervan voor de productie van chemicaliën staat nog in de kinderschoenen, maar het kan een veelbelovende toekomst hebben. Behalve waterstofperoxide, waterstof generatie, voornamelijk aangedreven door licht, is een ander voorbeeld. Echter, dit is een ander verhaal.