Nové způsoby jemného vyladění elektrochemie

Optimalizace elektrochemických reakcí má zásadní význam pro přechod na obnovitelné zdroje energie. V elektrochemických reakcích se k vázání a vyvolání reakcí využívá elektrický proud a rozdíly potenciálů. elektrochemie je nezbytným předpokladem pro výrobu vodíku a pro technologii baterií, a tedy pro udržitelnou chemii. Přestože v této oblasti došlo v posledních letech k velkému technologickému rozvoji, stále je co zlepšovat a k rozsáhlým průmyslovým aplikacím vede dlouhá cesta. Vědci z Cluster of Excellence RESOLV na Ruhr University Bochum a École normale supérieure v Paříži objevili dva nové aspekty, jak řídit, a tedy optimalizovat elektrochemické reakce na elektrifikovaných rozhraních. Své výsledky popsali v časopise Journal of the American Chemical Society publikovaném online 10. dubna 2024. Článek byl časopisem vybrán, aby byl uveden na titulní straně.

Povrchově citlivá spektroskopie
Aby tým pochopil složité chování na elektrifikovaných rozhraních, zkoumal kritický parametr, tzv. kyselou disociační konstantu (pKa) molekul na elektrifikovaných rozhraních kov/voda. Zatímco v objemových roztocích je tato hodnota dobře známá, spekulovalo se, že tento parametr, který je zásadní pro chemii kyselin a zásad, může být v blízkosti elektrod zcela odlišný. Měření hodnot pKa za elektrochemických podmínek je však experimentálně náročné. Aby to skupina Havenith vyřešila, zkombinovala pokročilé spektroskopické techniky specifické pro povrch, zejména povrchově zesílenou Ramanovu spektroskopii (SERS), s teoretickým modelováním. Výsledky se liší v závislosti na použitém napětí: Chemie kyselin a zásad na elektrifikovaných rozhraních se zřetelně liší od chemie v objemovém roztoku.

Hydrofobní vrstva a silné elektrické pole
Jejich zjištění poukazují na dva klíčové mechanismy, kterými se řídí acidobazické reakce na elektrifikovaných rozhraních: Vliv lokální hydrofobicity a vliv silných lokálních elektrických polí. Analýzou protonizace/deprotonizace molekul glycinu vědci pozorovali hydrofobní rozhraní voda/voda v blízkosti povrchu kovu, které vede k destabilizaci zwitteriontových forem glycinu. Při zvyšování přiloženého potenciálu se tento efekt zesiluje.
(detaily jsou v angličtině)

Datum: 17.4.2024

elektrochemie