Algunos líquidos como el aceite y el agua no se mezclan, pero las reacciones químicas pueden ocurrir en sus límites en manos de los químicos. El profesor Marcin Opałło investiga los procesos que tienen lugar en la interfase líquido-líquido. Fuente:IPC PAS, Crédito de Grzegorz Krzyzewski:IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski
La demanda de consumo de energía, disponibilidad limitada de combustibles fósiles, y la contaminación causada por la industria de producción de energía desafían a los científicos a encontrar nuevos más rentable, y soluciones más ecológicas para producir energía. La mayoría de las fuentes de energía actuales están lejos de ser respetuosas con el medio ambiente. En este contexto, generación de productos químicos asistida electroquímicamente, a primera vista, No se sospecharía que tuviera un enorme potencial para su aplicación en este sector.
Uno de los compuestos prometedores es una molécula libre de carbono de peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), que tiene fuertes propiedades oxidantes y blanqueadoras. La mayoría de nosotros recordamos que 3-6% H 2 O 2 Se utilizó para aplicaciones antisépticas:Desinfección de la piel para prevenir infecciones en el caso de cortes menores. Sin embargo, como agente oxidante, el peróxido de hidrógeno se aplica ampliamente en la pulpa, papel, e industrias textiles; también se utiliza para desodorizar, p.ej. como sustituto del cloro en el tratamiento de aguas residuales y potables.
A pesar de su popularidad y disponibilidad, el uso de H 2 O 2 Ya no se recomiendan soluciones para el tratamiento de heridas de vanguardia. Sin embargo, el peróxido de hidrógeno se utiliza como propulsor en cohetes de combustible líquido, satélites e incluso torpedos. También se puede aplicar como combustible u oxidante en pilas de combustible, aunque su producción dista mucho de ser sostenible y verde. Generalmente, la producción de este compuesto requiere el uso de productos químicos peligrosos, haciendo una síntesis a escala industrial de H 2 O 2 un desafío global. Por lo tanto, se necesitan soluciones novedosas para su generación.
Recientemente, científicos del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia dirigido por el prof. Marcin Opallo, en colaboración con el prof. Hubert H. Girault de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, informó de estudios detallados sobre la generación de peróxido de hidrógeno a través de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en el límite entre dos líquidos, como la interfaz agua-aceite. El primero es una solución ácida acuosa, y el segundo es un disolvente inmiscible en agua que consta solo de iones:un llamado líquido iónico a temperatura ambiente. En su informe, que es una parte importante del Ph.D. Tesis de su primer autor, Dr. Justyna Kalisz, compararon sus datos con los resultados obtenidos en la interfase formada por disolventes moleculares que normalmente tienen una viscosidad mucho menor.
Los investigadores señalaron que el efecto disolvente que puede ayudar a comprender el mecanismo de H 2 O 2 Generacion. Comparando datos para interfaces aceite-agua formadas por trece líquidos iónicos y solventes moleculares con viscosidad que difieren en tres órdenes de magnitud, Llegaron a la conclusión de que no es el transporte de reactivos sino la cinética de ORR lo que controla la eficiencia de H 2 O 2 Generacion. También encontraron que la transferencia de iones interfacial que acompaña a la transferencia de electrones del donante disuelto en la fase oleosa es diferente para los líquidos iónicos y los disolventes moleculares.
"En este trabajo, Hemos demostrado que el tipo de líquido iónico afecta la tasa de O 2 reducción a H 2 O 2 en la interfaz agua-aceite, encontrando que H 2 O 2 La generación es más eficiente cuando el líquido iónico consta de cationes menos hidrófobos, "afirma el profesor Opallo.
Él añade, "También hemos demostrado que la aplicación de una pasta preparada a partir de polvo de carbono y líquido iónico como fase oleosa permite la regeneración electroquímica del donante de electrones para aumentar la eficiencia de la reacción interfacial".
La generación de peróxido de hidrógeno se investigó con microscopía electroquímica de barrido (SECM). Esta técnica permite la determinación local de la concentración del producto electroactivo de la reacción interfacial, aquí H 2 O 2 . Un electrodo (con el diámetro medido en decenas de micrómetros) se acerca lentamente a la interfaz, y se registra la corriente correspondiente al proceso de oxidación en la punta de la sonda SECM. La eficiencia de la reacción se estima a partir de la dependencia de la corriente de la distancia desde la interfaz líquido-líquido en función del tiempo.
El profesor Opallo comenta:"Sobre la base de los datos de SECM, Hemos descubierto que el proceso neto está controlado por la cinética de la reacción de reducción de oxígeno. Notablemente, la alta viscosidad de los líquidos iónicos permite la aplicación de una pasta (preparada a partir de polvo de carbón y líquido iónico) como fase oleosa para la regeneración electroquímica del donante de electrones, para aumentar la eficiencia de la reacción interfacial. En este sentido, el sistema estudiado puede considerarse como un ejemplo de catálisis redox homogénea ".
El estudio reportado en el ChemPhysChem Journal revela la complejidad de las reacciones en la interfaz líquido-líquido. Contrariamente a la interfaz electrodo-solución, la interfaz investigada es autocurativa y difícil de contaminar. Su aplicación para la generación de productos químicos aún está en pañales, pero puede tener un futuro prometedor. Aparte del peróxido de hidrógeno, generación de hidrógeno, impulsado principalmente por la luz, es otro ejemplo. Sin embargo, esta es otra historia.
