Wetenschap
Wetenschappers vinden nieuwe wegen om elektrochemische processen te sturen en te optimaliseren
Het optimaliseren van elektrochemische reacties is essentieel voor de transitie naar hernieuwbare energiebronnen. Bij elektrochemische reacties worden elektrische stromen en potentiaalverschillen gebruikt om reacties te binden en te induceren. Elektrochemie is een voorwaarde voor de productie van waterstof, en voor batterijtechnologie, en dus voor duurzame chemie.
Hoewel er de afgelopen jaren veel technologische ontwikkeling op dit gebied heeft plaatsgevonden, is er nog steeds ruimte voor verbetering en is er nog een lange weg te gaan richting grootschalige industriële toepassingen.
Wetenschappers van de Cluster of Excellence RESOLV van de Ruhr Universiteit Bochum en École normale supérieure in Parijs ontdekten twee nieuwe aspecten om elektrochemische reacties op geëlektrificeerde grensvlakken te controleren en zo te optimaliseren.
Ze beschrijven hun resultaten in het Journal of the American Chemical Society .Het artikel is door het tijdschrift gekozen voor plaatsing op de voorkant.
Oppervlaktegevoelige spectroscopie
Om het complexe gedrag op geëlektrificeerde grensvlakken te begrijpen, onderzocht het team een kritische parameter, de zuurdissociatieconstante (pKa) van moleculen op geëlektrificeerde metaal/water-grensvlakken. Terwijl deze waarde in bulkoplossingen algemeen bekend is, wordt gespeculeerd dat deze parameter, die essentieel is voor de zuur/base-chemie, behoorlijk kan verschillen in de buurt van elektroden. Het meten van pKa-waarden onder elektrochemische omstandigheden is echter experimenteel uitdagend.
Om dit aan te pakken heeft de groep van Havenith geavanceerde oppervlaktespecifieke spectroscopische technieken, met name Surface-Enhanced Raman Spectroscopie (SERS), gecombineerd met theoretische modellering. De resultaten variëren afhankelijk van de toegepaste spanning:de zuur-base-chemie op geëlektrificeerde grensvlakken verschilt duidelijk van de chemie in de bulkoplossing.
Hydrofobe laag en sterke elektrische velden
Hun bevindingen benadrukken twee sleutelmechanismen die zuur-base-reacties op geëlektrificeerde grensvlakken beheersen:de invloed van lokale hydrofobiciteit en de impact van sterke lokale elektrische velden. Door de protonering/deprotonering van glycinemoleculen te analyseren, observeerden de onderzoekers een hydrofoob water/water-grensvlak dichtbij het metaaloppervlak, wat leidde tot een destabilisatie van zwitterionische vormen van glycine. Bij het vergroten van het toegepaste potentieel wordt het effect versterkt.
Hun resultaten tonen de veranderingen van lokale solvatatie-eigenschappen op metaal/water-grensvlakken, en presenteren nieuwe wegen voor het verfijnen van de reactiviteit in de elektrochemie. Deze inzichten bieden nieuwe mogelijkheden voor het optimaliseren van elektrochemische processen en het ontwerpen van nieuwe strategieën voor katalyse, omdat beide factoren op een gecontroleerde manier kunnen worden afgestemd.