La optimización de las reacciones electroquímicas es fundamental para la transición a las energías renovables. En las reacciones electroquímicas, las corrientes eléctricas y las diferencias de potencial se utilizan para unir e inducir reacciones. La electroquímica es un requisito previo para la producción de hidrógeno y para la tecnología de baterías y, por tanto, para una química sostenible.
Aunque ha habido mucho desarrollo tecnológico en esta área en los últimos años, todavía hay margen de mejora y un largo camino hacia aplicaciones industriales a gran escala.
Científicos del Clúster de Excelencia RESOLV de la Universidad del Ruhr en Bochum y de la École normale supérieure de París descubrieron dos nuevos aspectos para controlar y así optimizar las reacciones electroquímicas en interfaces electrificadas.
Describen sus resultados en el Journal of the American Chemical Society .El artículo ha sido elegido por la revista para aparecer en portada.
Para comprender el comportamiento complejo en las interfaces electrificadas, el equipo examinó un parámetro crítico, llamado constante de disociación ácida (pKa) de las moléculas en las interfaces metal/agua electrificadas. Mientras que en soluciones a granel este valor es bien conocido, se ha especulado que este parámetro, que es esencial para la química ácido/base, puede ser bastante diferente en las proximidades de los electrodos. Sin embargo, medir los valores de pKa en condiciones electroquímicas es un desafío experimental.
Para abordar esto, el grupo de Havenith ha combinado técnicas espectroscópicas avanzadas específicas de superficies, en particular la espectroscopia Raman mejorada en superficie (SERS), con modelado teórico. Los resultados varían con el voltaje aplicado:la química ácido-base en las interfaces electrificadas es claramente diferente de la química en la solución a granel.
Sus hallazgos destacan dos mecanismos clave que gobiernan las reacciones ácido-base en interfaces electrificadas:la influencia de la hidrofobicidad local y el impacto de fuertes campos eléctricos locales. Al analizar la protonación/desprotonación de las moléculas de glicina, los investigadores observaron una interfaz hidrofóbica agua/agua cerca de la superficie del metal, lo que conduce a una desestabilización de las formas zwitteriónicas de glicina. Al aumentar el potencial aplicado el efecto se amplifica.
Sus resultados muestran los cambios de las propiedades de solvatación local en las interfaces metal/agua, presentando nuevas vías para ajustar la reactividad en electroquímica. Estos conocimientos ofrecen nuevas oportunidades para optimizar los procesos electroquímicos y diseñar estrategias novedosas para la catálisis, ya que ambos factores se pueden ajustar de forma controlada.
Más información: Steffen Murke et al, Ajuste de la química ácido-base en una interfaz electrificada de oro/agua, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13633
Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum
