Kravet på energiförbrukning, begränsad tillgång på fossila bränslen, och föroreningar som orsakas av energiproduktionsindustrin utmanar forskare att hitta nya, mer kostnadseffektivt, och grönare lösningar för att producera kraft. De flesta av de nuvarande energikällorna är långt ifrån miljövänliga. I detta sammanhang, elektrokemiskt assisterad generation kemikalier, vid första ögonkastet, skulle inte misstänkas ha någon enorm potential att tillämpas inom denna sektor.

En av de lovande föreningarna är en kolfri molekyl av väteperoxid (H ₂ O ₂ ), med starka oxidativa och blekande egenskaper. De flesta av oss kommer ihåg att 3-6% H ₂ O ₂ användes för antiseptiska applikationer:Desinfektion av huden för att förhindra infektion vid mindre skärsår. Dock, som ett oxidationsmedel, väteperoxid appliceras i stor utsträckning i massa, papper, och textilindustrin; det används också för deodorisering, t.ex. som ersättning för klor vid avlopps- och dricksvattenbehandling.

Trots dess popularitet och tillgänglighet, användningen av H ₂ O ₂ lösningar för behandling av banbrytande sår rekommenderas inte längre. Dock, väteperoxid används drivmedel i raketer med flytande bränsle, satelliter, och även torpeder. Det kan också appliceras som bränsle eller oxidationsmedel i bränsleceller, även om dess produktion är långt ifrån hållbar och grön. Vanligtvis, produktionen av denna förening kräver användning av farliga kemikalier, gör en syntes av industriell skala av H ₂ O ₂ en global utmaning. Således, nya lösningar för dess generation behövs.

Nyligen, forskare från Institute of Physical Chemistry vid polska vetenskapsakademien under ledning av prof. Marcin Opallo, i samarbete med prof. Hubert H. Girault från Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, rapporterade detaljerade studier om väteperoxidgenerering via syrereduktionsreaktion (ORR) vid gränsen mellan två vätskor, som gränssnittet mellan vatten och olja. Den första är en vattenlösning av syra, och det andra är ett vattenblandbart lösningsmedel som endast består av joner:En så kallad jonisk vätska vid rumstemperatur. I deras rapport, vilket är en betydande del av Ph.D. Avhandling om den första författaren, dr. Justyna Kalisz, de jämförde sina data med resultat erhållna vid gränssnittet som bildas av molekylära lösningsmedel som typiskt har mycket mindre viskositet.

Forskare påpekade att lösningsmedelseffekten som kan hjälpa till att förstå mekanismen för H ₂ O ₂ generation. Jämförelse av data för olje-vatten-gränssnitt bildade av tretton joniska vätskor och molekylära lösningsmedel med viskositet som skiljer sig med tre storleksordningar, de drog slutsatsen att det inte är reaktanttransporten utan ORR -kinetik som styr effektiviteten hos H ₂ O ₂ generation. De fann också att gränsöverskridande jonöverföring som åtföljer elektronöverföringen från givaren upplöst i oljefasen är annorlunda för joniska vätskor och molekylära lösningsmedel.

"I det här arbetet, vi har visat att typen av jonisk vätska påverkar hastigheten på O ₂ minskning till H ₂ O ₂ vid gränssnittet olja -vatten, hitta att H. ₂ O ₂ generering är mer effektiv när jonisk vätska består av mindre hydrofoba katjoner, "hävdar professor Opallo.

Han lägger till, "Vi har också visat att applicering av en pasta framställd av kolpulver och jonisk vätska som oljefas möjliggör elektrokemisk regenerering av elektrondonator för att öka gränssnittsreaktionseffektiviteten."

Generationen av väteperoxid undersöktes med Scanning Electrochemical Microscopy (SECM). Denna teknik möjliggör lokal bestämning av koncentrationen av den elektroaktiva produkten av gränssnittsreaktionen, här H ₂ O ₂ . En elektrod (med diametern mätt i tiotals mikrometer) närmar sig långsamt gränssnittet, och strömmen som motsvarar oxidationsprocessen vid spetsen av SECM -sonden registreras. Reaktionens effektivitet uppskattas från strömens beroende av avståndet från gränssnittet mellan vätska och vätska som en funktion av tiden.

Professor Opallo anmärker, "På grundval av SECM -data, vi har funnit att nettoprocessen styrs av kinetiken för syrereduktionsreaktion. Anmärkningsvärt, den joniska vätskornas höga viskositet möjliggör applicering av en pasta (framställd av kolpulver och jonisk vätska) som oljefas för elektrokemisk regenerering av elektrondonatorer, för att öka gränssnittets reaktionseffektivitet. I det här avseendet, det studerade systemet kan betraktas som ett exempel på homogen redoxkatalys. "

Studien rapporterade i ChemPhysChem journal avslöjar komplexiteten hos reaktioner vid vätske-vätskegränssnittet. I motsats till elektrodlösningsgränssnittet, det undersökta gränssnittet är självläkande och svårt att förorena. Dess tillämpning för generering av kemikalier är fortfarande i sin linda, men det kan ha en lovande framtid. Förutom väteperoxid, väteproduktion, främst drivs av ljus, är ett annat exempel. Dock, det här är en annan historia.