Na produção industrial de cloro, eletrodos especiais foram introduzidos recentemente, que consomem muito menos corrente do que os sistemas convencionais. O método requer que o oxigênio seja introduzido em um ambiente quente, solução de hidróxido de sódio altamente concentrada na qual é pouco solúvel. Ainda não está claro como as densidades de corrente industrial podem ser alcançadas nessas condições. Em colaboração com engenheiros da Universidade Técnica de Clausthal, pesquisadores do Centro de Ciências Eletroquímicas (CES) da Ruhr-Universität Bochum ganharam uma nova visão sobre os processos que envolvem esses tipos de eletrodos, também conhecido como cátodos despolarizados de oxigênio. A equipe, incluindo Alexander Botz, Denis Öhl e o Prof Dr. Wolfgang Schuhmann relatam seus resultados na revista Angewandte Chemie , publicado online em 3 de agosto de 2018.

O cloro é uma importante matéria-prima para a indústria química. É produzido por eletrólise de sal de cozinha e água, com hidróxido de sódio e hidrogênio sendo produzidos como subprodutos no processo convencional. Enquanto os cátodos consumidores de oxigênio requerem oxigênio como material de partida, o subproduto do hidrogênio é eliminado - com uma economia de eletricidade de aproximadamente 30%. A reação ocorre a 80 graus Celsius em hidróxido de sódio altamente concentrado. O oxigênio é muito pouco solúvel nessas condições. "Esses tipos de eletrodos têm sido usados ​​industrialmente há anos, mas não entendemos por que eles realmente funcionam, "explica Wolfgang Schuhmann, Chefe do Departamento de Química Analítica e CES.

Com seus experimentos, os pesquisadores mostraram que as condições de reação mudam constantemente durante a produção de cloro. Três fases se encontram perto do cátodo consumidor de oxigênio, que consiste em partículas de prata sólida banhadas em hidróxido de sódio líquido altamente concentrado, enquanto o oxigênio gasoso é forçado para dentro do sistema pelas costas. Até agora, os pesquisadores estudaram principalmente a concentração do oxigênio em reação no ambiente de fase sólida, desenvolver modelos que atribuam a alta densidade de corrente a este parâmetro.

Para o estudo atual, os cientistas de Bochum desenvolveram um método para analisar os processos na fase líquida. Eles posicionaram um microeletrodo fino - apenas um centésimo da espessura de um cabelo humano - diretamente na superfície do cátodo consumidor de oxigênio em funcionamento. Com isso, eles rastrearam as mudanças na água e nas concentrações de íons hidróxido (OH-), que surgem na reação. O resultado:a concentração de íons de água e hidróxido na superfície do eletrodo mostra intensa flutuação ao longo do curso da reação e não é uniforme.

"Há anos suspeitamos que deve haver flutuações significativas de concentração local dentro do eletrodo, o que poderia contribuir para as altas densidades de corrente, "explica Schuhmann.

"Essas mudanças drásticas ainda não foram consideradas nos modelos que refletem a reação, "diz Alexander Botz." Os resultados são tremendamente importantes para a otimização futura de tais eletrodos. "

A equipe de Bochum espera obter ainda mais informações sobre os detalhes do mecanismo de reação. “Essas investigações são essenciais para o desenvolvimento de eletrodos de difusão de gás, que será de grande importância no futuro para a ligação de CO ₂ do ar e, assim, contribuir para a redução da emissão de gases de efeito estufa, "explica Schuhmann.