Cientistas encontram novos caminhos para orientar e otimizar processos eletroquímicos
Resumo gráfico. Crédito:Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13633 A otimização das reações eletroquímicas é essencial para a transição para as energias renováveis. Nas reações eletroquímicas, correntes elétricas e diferenças de potencial são usadas para ligar e induzir reações. A eletroquímica é um pré-requisito para a produção de hidrogénio e para a tecnologia de baterias e, portanto, para uma química sustentável.
Embora tenha havido muito desenvolvimento tecnológico nesta área nos últimos anos, ainda há espaço para melhorias e um longo caminho para aplicações industriais em larga escala.
Cientistas do Cluster de Excelência RESOLV da Ruhr University Bochum e da École normale supérieure em Paris descobriram dois novos aspectos para controlar e, assim, otimizar reações eletroquímicas em interfaces eletrificadas.
Eles descrevem seus resultados no Journal of the American Chemical Society .O artigo foi escolhido pela revista para ser capa.
Espectroscopia sensível à superfície
Para compreender o comportamento complexo em interfaces eletrificadas, a equipe examinou um parâmetro crítico, denominado constante de dissociação ácida (pKa) de moléculas em interfaces eletrificadas de metal/água. Considerando que em soluções a granel este valor é bem conhecido, especula-se que este parâmetro, que é essencial para a química ácido/base, pode ser bastante diferente na vizinhança dos eletrodos. No entanto, medir valores de pKa sob condições eletroquímicas é experimentalmente desafiador.
Os autores do Cluster de Excelência RESOLV:Steffen Murke, Martina Havenith, Simone Pezzotti e Wanlin Chen (da esquerda). Crédito:RESOLV, Kasper
Para resolver isso, o grupo de Havenith combinou técnicas espectroscópicas específicas de superfície avançadas, notadamente Espectroscopia Raman Aprimorada por Superfície (SERS), com modelagem teórica. Os resultados variam com a tensão aplicada:a química ácido-base em interfaces eletrificadas é claramente diferente da química na solução a granel.
Camada hidrofóbica e fortes campos elétricos
Suas descobertas destacam dois mecanismos principais que governam as reações ácido-base em interfaces eletrificadas:a influência da hidrofobicidade local e o impacto de fortes campos elétricos locais. Ao analisar a protonação/desprotonação das moléculas de glicina, os pesquisadores observaram uma interface hidrofóbica água/água próxima à superfície do metal, levando a uma desestabilização das formas zwitteriônicas de glicina. Ao aumentar o potencial aplicado o efeito é amplificado.
Seus resultados mostram as mudanças nas propriedades de solvatação local nas interfaces metal/água, apresentando novos caminhos para o ajuste fino da reatividade em eletroquímica. Esses insights oferecem novas oportunidades para otimizar processos eletroquímicos e projetar novas estratégias para catálise, já que ambos os fatores podem ser ajustados de forma controlada.
