Lad os se væske-væske grænsefladen

Efterspørgslen efter energiforbrug, begrænset tilgængelighed af fossile brændstoffer, og forurening forårsaget af energiproduktionsindustrien udfordrer videnskabsmænd til at finde nye, mere omkostningseffektiv, og grønnere løsninger til at producere strøm. De fleste af de nuværende energikilder er langt fra at være miljøvenlige. I denne sammenhæng, elektrokemisk assisteret produktion af kemikalier, ved første øjekast, ville ikke blive mistænkt for at have noget enormt potentiale til at blive anvendt i denne sektor.

En af de lovende forbindelser er et kulstoffrit molekyle af hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ), har stærke oxidative og blegende egenskaber. De fleste af os husker, at 3-6 % H ₂ O ₂ blev brugt til antiseptiske applikationer:Desinfektion af huden for at forhindre infektion i tilfælde af mindre sår. Imidlertid, som oxidationsmiddel, hydrogenperoxid anvendes i vid udstrækning i papirmasse, papir, og tekstilindustrien; det bruges også til deodorisering, f.eks. som erstatning for klor i kloak- og drikkevandsrensning.

På trods af sin popularitet og tilgængelighed, brugen af ​​H ₂ O ₂ løsninger til behandling af banebrydende sår anbefales ikke længere. Imidlertid, hydrogenperoxid bruges som drivmiddel i raketter med flydende brændstof, satellitter, og endda torpedoer. Det kan også anvendes som brændstof eller oxidationsmiddel i brændselsceller, selvom produktionen langt fra er bæredygtig og grøn. Som regel, produktionen af ​​denne forbindelse kræver brug af farlige kemikalier, lave en industriel-skala syntese af H ₂ O ₂ en global udfordring. Dermed, der er brug for nye løsninger til dens generation.

For nylig, videnskabsmænd fra Institut for Fysisk Kemi ved det polske Videnskabsakademi ledet af prof. Marcin Opallo, i samarbejde med prof. Hubert H. Girault fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, rapporterede detaljerede undersøgelser om hydrogenperoxiddannelse via oxygenreduktionsreaktion (ORR) ved grænsen mellem to væsker, som vand-olie-grænsefladen. Den første er en vandig syreopløsning, og den anden er et vandublandbart opløsningsmiddel, der kun består af ioner:En såkaldt stuetemperatur ionisk væske. I deres rapport, som er en væsentlig del af ph.d. Afhandling af dens første forfatter, dr. Justyna Kalisz, de sammenlignede deres data med resultater opnået ved grænsefladen dannet af molekylære opløsningsmidler, der typisk har meget mindre viskositet.

Forskere påpegede, at opløsningsmiddeleffekten, der kan hjælpe med at forstå mekanismen af ​​H ₂ O ₂ generation. Sammenligning af data for olie-vand-grænseflader dannet af tretten ioniske væsker og molekylære opløsningsmidler med viskositet, der afviger med tre størrelsesordener, de konkluderede, at det ikke er reaktanttransporten, men ORR-kinetikken, der styrer effektiviteten af ​​H ₂ O ₂ generation. De fandt også ud af, at grænsefladeionoverførsel, der ledsager elektronoverførslen fra donoren opløst i oliefasen, er forskellig for ioniske væsker og molekylære opløsningsmidler.

"I dette arbejde, vi har vist, at typen af ​​ionisk væske påvirker hastigheden af ​​O ₂ reduktion til H ₂ O ₂ ved olie-vand-grænsefladen, at finde ud af, at H. ₂ O ₂ generering er mere effektiv, når ionisk væske består af mindre hydrofobe kationer, " hævder prof. Opallo.

Han tilføjer, "Vi har også vist, at anvendelse af en pasta fremstillet af kulstofpulver og ionisk væske som oliefase muliggør elektrokemisk regenerering af elektrondonor for at øge grænsefladereaktionseffektiviteten."

Frembringelsen af ​​hydrogenperoxid blev undersøgt med scanning elektrokemisk mikroskopi (SECM). Denne teknik muliggør lokal bestemmelse af koncentrationen af ​​det elektroaktive produkt af grænsefladereaktionen, her H ₂ O ₂ . En elektrode (med diameteren målt i snesevis af mikrometer) nærmer sig langsomt grænsefladen, og strømmen svarende til oxidationsprocessen ved spidsen af ​​SECM-sonden registreres. Effektiviteten af ​​reaktionen estimeres ud fra strømmens afhængighed af afstanden fra væske-væske-grænsefladen som funktion af tiden.

Prof. Opallo bemærker, "På grundlag af SECM -data vi har fundet ud af, at nettoprocessen styres af kinetikken for iltreduktionsreaktion. Bemærkelsesværdigt, den høje viskositet af ioniske væsker giver mulighed for påføring af en pasta (fremstillet af kulpulver og ionisk væske) som oliefase til elektrokemisk regenerering af elektrondonor, at øge grænseflade -reaktionseffektiviteten. I denne henseende, det undersøgte system kan betragtes som et eksempel på homogen redoxkatalyse."

Undersøgelsen rapporterede i ChemPhysChem journal afslører kompleksiteten af ​​reaktioner ved væske-væske grænsefladen. I modsætning til elektrode-løsning grænsefladen, den undersøgte grænseflade er selvhelbredende og svær at forurene. Dens anvendelse til generering af kemikalier er stadig i sin vorden, men det kan have en lovende fremtid. Bortset fra brintoverilte, brintgenerering, primært drevet af lys, er et andet eksempel. Imidlertid, dette er en anden historie.