p Processos eletroquímicos podem ser usados ​​para converter CO ₂ em matérias-primas úteis para a indústria. Para otimizar os processos, os químicos estão tentando calcular em detalhes os custos de energia causados ​​pelos vários parceiros e etapas de reação. Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum (RUB) e da Sorbonne Université em Paris descobriram como pequenas moléculas hidrofóbicas, como CO ₂ , contribuir para os custos de energia de tais reações, analisando como as moléculas interagem na água na interface. A equipe descreve os resultados no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences , publicado online em 13 de abril de 2021. p Para conduzir o trabalho, A Dra. Alessandra Serva e o Professor Mathieu Salanne do Laboratoire PHENIX da Université Sorbonne colaboraram com a Professora Martina Havenith e a Dra. Simone Pezzotti da Cátedra Bochum de Físico-Química II.

p Papel crucial para pequenas moléculas hidrofóbicas

p Em muitos processos eletroquímicos, pequenas moléculas hidrofóbicas reagem nas superfícies do catalisador que geralmente consistem em metais preciosos. Essas reações geralmente ocorrem em uma solução aquosa, por meio das quais as moléculas de água formam o que é conhecido como conchas de hidratação ao redor das outras moléculas:elas se acumulam ao redor das outras moléculas. A água ao redor polar, isto é, as moléculas higroscópicas se comportam de maneira diferente em comparação com a água em torno das moléculas não polares, que também são referidos como hidrofóbicos. A equipe de pesquisa franco-alemã estava interessada nesta hidratação hidrofóbica.

p Usando simulações de dinâmica molecular, os pesquisadores analisaram a hidratação hidrofóbica de pequenas moléculas como o dióxido de carbono (CO ₂ ) ou nitrogênio (N2) na interface entre o ouro e a água. Eles mostraram que a interação das moléculas de água na vizinhança de pequenas moléculas hidrofóbicas dá uma contribuição crucial para os custos de energia das reações eletroquímicas.

p Modelo para cálculo de custos de energia expandido

p Os pesquisadores implementaram essas descobertas na teoria de Lum-Chandler-Weeks. Isso permite que a energia necessária para formar redes de água seja calculada. "Os custos de energia para hidratação hidrofóbica foram calculados para o grosso no modelo anterior. Este modelo foi agora expandido aqui para moléculas hidrofóbicas perto de interfaces. Este caso não foi incluído antes, "explica Martina Havenith, o palestrante do Grupo de Excelência de Solvação do Ruhr Explores, RESOLV para abreviar, em RUB. O modelo adaptado permite que os custos de energia para hidratação hidrofóbica sejam agora calculados na interface entre ouro e água com base no tamanho das moléculas hidrofóbicas. “Devido à contribuição da água, o tamanho das moléculas desempenha um papel importante nas reações químicas nessas interfaces, "diz a Dra. Simone Pezzotti da cadeira Bochum de Físico-Química II.

p Por exemplo, o modelo prevê que pequenas moléculas hidrofóbicas tendem a se acumular na interface com base nas interações com a água, enquanto moléculas maiores permaneceriam mais distantes na solução.