Alguns líquidos como óleo e água não se misturam, mas as reações químicas podem ocorrer em seus limites nas mãos dos químicos. O Prof. Marcin Opałło investiga os processos que ocorrem na interfase líquido-líquido. Fonte:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski Crédito:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski
A demanda por consumo de energia, disponibilidade limitada de combustíveis fósseis, e a poluição causada pela indústria de produção de energia desafiam os cientistas a encontrar novos, mais econômico, e soluções mais verdes para produzir energia. A maioria das fontes de energia atuais está longe de ser amiga do ambiente. Nesse contexto, geração eletroquimicamente assistida de produtos químicos, à primeira vista, não se suspeitaria de um enorme potencial de aplicação neste setor.
Um dos compostos promissores é uma molécula livre de carbono de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), tendo fortes propriedades oxidativas e branqueadoras. A maioria de nós lembra que 3-6% H 2 O 2 foi usado para aplicações anti-sépticas:Desinfecção da pele para prevenir infecção no caso de pequenos cortes. Contudo, como um agente oxidante, o peróxido de hidrogênio é amplamente aplicado na polpa, papel, e indústrias têxteis; também é usado para desodorizar, por exemplo. como substituto do cloro no tratamento de esgotos e água potável.
Apesar de sua popularidade e disponibilidade, o uso de H 2 O 2 soluções para o tratamento de feridas de ponta não são mais recomendadas. Contudo, o peróxido de hidrogênio é usado como propelente em foguetes de combustível líquido, satélites, e até torpedos. Também pode ser aplicado como combustível ou oxidante em células de combustível, embora sua produção esteja longe de ser sustentável e verde. Usualmente, a produção deste composto requer o uso de produtos químicos perigosos, fazendo uma síntese em escala industrial de H 2 O 2 um desafio global. Assim, são necessárias novas soluções para sua geração.
Recentemente, cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências liderados pelo prof. Marcin Opallo, em colaboração com o prof. Hubert H. Girault da Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, relataram estudos detalhados sobre a geração de peróxido de hidrogênio via reação de redução de oxigênio (ORR) na fronteira entre dois líquidos, como a interface água-óleo. O primeiro é uma solução aquosa de ácido, e o segundo é um solvente imiscível em água que consiste apenas em íons:Um líquido iônico denominado à temperatura ambiente. Em seu relatório, que é uma parte significativa do Ph.D. Tese de seu primeiro autor, dr. Justyna Kalisz, eles compararam seus dados com os resultados obtidos na interface formada por solventes moleculares tipicamente tendo uma viscosidade muito menor.
Os pesquisadores apontaram que o efeito do solvente pode ajudar a entender o mecanismo de H 2 O 2 geração. Comparando dados para interfaces óleo-água formadas por treze líquidos iônicos e solventes moleculares com viscosidade diferindo em três ordens de magnitude, eles concluíram que não é o transporte do reagente, mas a cinética de ORR que controla a eficiência de H 2 O 2 geração. Eles também descobriram que a transferência de íons interfacial que acompanha a transferência de elétrons do doador dissolvido na fase de óleo é diferente para líquidos iônicos e solventes moleculares.
"Nesse trabalho, demonstramos que o tipo de líquido iônico afeta a taxa de O 2 redução para H 2 O 2 na interface óleo-água, encontrando aquele H 2 O 2 a geração é mais eficiente quando o líquido iônico consiste em cátions menos hidrofóbicos, "afirma o Prof. Opallo.
Ele adiciona, "Também demonstramos que a aplicação de uma pasta preparada a partir de pó de carbono e líquido iônico como fase de óleo permite a regeneração eletroquímica do doador de elétrons para aumentar a eficiência da reação interfacial."
A geração de peróxido de hidrogênio foi investigada por Microscopia Eletroquímica de Varredura (SECM). Esta técnica permite a determinação local da concentração do produto eletroativo da reação interfacial, aqui H 2 O 2 . Um eletrodo (com o diâmetro medido em dezenas de micrômetros) se aproxima lentamente da interface, e a corrente correspondente ao processo de oxidação na ponta da sonda SECM é registrada. A eficiência da reação é estimada a partir da dependência da corrente da distância da interface líquido-líquido em função do tempo.
Prof. Opallo observa, "Com base nos dados da SECM, descobrimos que o processo líquido é controlado pela cinética da reação de redução do oxigênio. Notavelmente, a alta viscosidade dos líquidos iônicos permite a aplicação de uma pasta (preparada a partir de pó de carbono e líquido iônico) como fase oleosa para regeneração eletroquímica do doador de elétrons, para aumentar a eficiência da reação interfacial. A este respeito, o sistema estudado pode ser considerado um exemplo de catálise redox homogênea. "
O estudo relatado no ChemPhysChem jornal revela a complexidade das reações na interface líquido-líquido. Ao contrário da interface eletrodo-solução, a interface pesquisada é autocurativa e difícil de contaminar. Sua aplicação para a geração de produtos químicos ainda está em sua infância, mas pode ter um futuro promissor. Além do peróxido de hidrogênio, geração de hidrogênio, impulsionado principalmente pela luz, é outro exemplo. Contudo, esta é outra história.
