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Nuevos métodos para sintonizar la electroquímica.

Nuevos métodos para sintonizar la electroquímica.

La mejora de las reacciones electroquímicas es fundamental para la transición a las energías renovables. En las reacciones electroquímicas, se utilizan corrientes eléctricas y diferencias de potencial para acoplar y catalizar reacciones. La electroquímica es un requisito previo para la producción de hidrógeno, para la tecnología de baterías y, por tanto, para una química sostenible. Aunque ha habido mucho desarrollo tecnológico en este campo en los últimos años, todavía hay margen de mejora y un largo camino hacia aplicaciones industriales a gran escala. Científicos del Grupo de Excelencia RESOLV de la Universidad del Ruhr en Bochum y de la Escuela Superior de París han descubierto dos nuevos aspectos del control y, por tanto, de la mejora de las reacciones electroquímicas en interfaces electrificadas. Describen sus hallazgos en el Journal of the American Chemical Society, publicado en línea el 10 de abril de 2024. La revista seleccionó el artículo para que apareciera en la portada.

Autores del Grupo de Excelencia RESOLV: Steven Mork, Martina Havenith, Simone Pizzuti y Wanlin Chen (desde la izquierda)

Espectroscopía sensible a superficies

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 electrificadas/agua. Si bien este valor es bien conocido en soluciones a granel, se ha especulado que este parámetro, que es esencial para la química ácido/base, podría ser bastante diferente en las proximidades de los electrodos. Sin embargo, medir los valores de pKa en condiciones electroquímicas supone un desafío experimental. Para abordar este problema, el grupo de Havenith ha combinado técnicas espectroscópicas avanzadas específicas de superficies, en particular la espectroscopia Raman de superficie mejorada (SERS), con modelos teóricos. Los resultados varían con el voltaje aplicado: la química ácido-base en las interfaces electrificadas es claramente diferente de la química en una solución a granel.

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Capa hidrofóbica y fuertes campos eléctricos.

Sus hallazgos destacan dos mecanismos principales que gobiernan las interacciones ácido-base en las interfaces electrificadas: el efecto de la hidrofobicidad local y el efecto de fuertes campos eléctricos locales. Al protonar/desprotonar las moléculas de glicina, los investigadores observaron una interfaz hidrofóbica agua/agua cerca de la superficie del metal, que desestabiliza las formas zwitteriónicas de glicina. Cuando aumenta el potencial aplicado, el efecto se amplifica.

Sus resultados demuestran cambios en las propiedades de solubilidad local en las interfaces metal/agua, lo que proporciona nuevas formas de ajustar la reactividad en electroquímica. Estos conocimientos brindan nuevas oportunidades para mejorar los procesos electroquímicos y diseñar nuevas estrategias catalíticas en las que ambos factores puedan ajustarse de manera controlable.

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