Nuevas formas de ajustar la electroquímica
Los científicos han encontrado nuevas vías para dirigir y optimizar los procesos electroquímicos
Optimizar las reacciones electroquímicas es esencial para la transición a las energías renovables. En las reacciones electroquímicas se utilizan corrientes eléctricas y diferencias de potencial para ligar e inducir reacciones. La electroquímica es un requisito previo para la producción de hidrógeno y para la tecnología de las baterías y, por tanto, para la química sostenible. Aunque en los últimos años se ha producido un gran desarrollo tecnológico en este campo, todavía hay margen de mejora y un largo camino hacia las aplicaciones industriales a gran escala. Científicos del Clúster de Excelencia RESOLV de la Universidad del Ruhr de Bochum y de la École normale supérieure de París descubrieron dos nuevos aspectos para controlar y optimizar así las reacciones electroquímicas en interfaces electrificadas. Describen sus resultados en la revista Journal of the American Chemical Society publicada en línea el 10 de abril de 2024. El artículo ha sido elegido por la revista para aparecer en portada.
Los autores del Grupo de Excelencia RESOLV: Steffen Murke, Martina Havenith, Simone Pezzotti y Wanlin Chen (de izquierda a derecha)
© RESOLV, Kasper
Espectroscopia sensible a la superficie
Para comprender el complejo comportamiento de las interfaces electrificadas, el equipo examinó un parámetro crítico, denominado constante de disociación ácida (pKa) de las moléculas en las interfaces metal/agua electrificadas. Mientras que en las soluciones en masa este valor es bien conocido, se ha especulado que este parámetro, esencial para la química ácido/base, puede ser muy diferente en las proximidades de los electrodos. Sin embargo, medir los valores de pKa en condiciones electroquímicas es un reto experimental. Para resolver este problema, el grupo de Havenith ha combinado técnicas avanzadas de espectroscopia específica de superficies, en particular la espectroscopia Raman de superficie (SERS), con la modelización teórica. Los resultados varían en función del voltaje aplicado: La química ácido-base en las interfaces electrificadas es claramente diferente de la química en la solución en masa.
Capa hidrófoba y campos eléctricos intensos
Sus hallazgos ponen de relieve dos mecanismos clave que rigen las reacciones ácido-base en las interfaces electrificadas: La influencia de la hidrofobicidad local y el impacto de los campos eléctricos locales intensos. Analizando la protonación/desprotonación de moléculas de glicina, los investigadores observaron una interfaz hidrofóbica agua/agua cerca de la superficie metálica, que conduce a una desestabilización de las formas zwitteriónicas de la glicina. Al aumentar el potencial aplicado, el efecto se amplifica.
Sus resultados ponen de manifiesto los cambios de las propiedades de solvatación local en las interfaces metal/agua, presentando nuevas vías para el ajuste fino de la reactividad en electroquímica. Estos conocimientos ofrecen nuevas oportunidades para optimizar los procesos electroquímicos y diseñar nuevas estrategias de catálisis, ya que ambos factores pueden ajustarse de forma controlada.
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