Att optimera elektrokemiska reaktioner är avgörande för övergången till förnybar energi. I elektrokemiska reaktioner används elektriska strömmar och potentialskillnader för att binda och inducera reaktioner. Elektrokemi är en förutsättning för väteproduktion och för batteriteknik och därmed för hållbar kemi.
Även om det har skett mycket teknisk utveckling inom detta område de senaste åren, finns det fortfarande utrymme för förbättringar och en lång väg mot storskaliga industriella tillämpningar.
Forskare från Cluster of Excellence RESOLV vid Ruhr-universitetet i Bochum och École normale supérieure i Paris upptäckte två nya aspekter att kontrollera och därmed optimera elektrokemiska reaktioner vid elektrifierade gränssnitt.
De beskriver sina resultat i Journal of the American Chemical Society .Artikeln har valts ut av tidskriften för att visas på framsidan.
För att förstå det komplexa beteendet vid elektrifierade gränssnitt undersökte teamet en kritisk parameter, kallad syradissociationskonstanten (pKa) för molekyler vid elektrifierade metall/vattengränssnitt. Medan detta värde är välkänt i bulklösningar, har det spekulerats i att denna parameter, som är väsentlig för syra/baskemin, kan vara ganska annorlunda i närheten av elektroder. Men att mäta pKa-värden under elektrokemiska förhållanden är experimentellt utmanande.
För att ta itu med detta har gruppen Havenith kombinerat avancerade ytspecifika spektroskopiska tekniker, särskilt Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), med teoretisk modellering. Resultaten varierar med den applicerade spänningen:Syra-baskemi vid elektrifierade gränssnitt skiljer sig klart från kemi i bulklösningen.
Deras resultat lyfter fram två nyckelmekanismer som styr syra-basreaktioner vid elektrifierade gränssnitt:Inverkan av lokal hydrofobicitet och påverkan av starka lokala elektriska fält. Genom att analysera protoneringen/deprotoneringen av glycinmolekyler observerade forskarna ett hydrofobt vatten/vatten-gränssnitt nära metallytan, vilket ledde till en destabilisering av zwitterjoniska former av glycin. När den applicerade potentialen ökas förstärks effekten.
Deras resultat visar förändringarna av lokala solvatiseringsegenskaper vid metall/vatten-gränssnitt, och presenterar nya vägar för att finjustera reaktivitet inom elektrokemi. Dessa insikter erbjuder nya möjligheter för att optimera elektrokemiska processer och designa nya strategier för katalys eftersom båda faktorerna kan ställas in på ett kontrollerat sätt.
Mer information: Steffen Murke et al, Tuning Acid-Base Chemistry at an Electrified Gold/Water Interface, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13633
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Ruhr-Universitaet-Bochum
