Energia elektryczna z nadtlenku wodoru

Produkcja energii elektrycznej ze związków chemicznych ma minimalny wpływ na środowisko. Zespół naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN zaprezentował wyniki badań reakcji generowania nadtlenku wodoru na granicy faz niemieszających się rozpuszczalników, takich jak woda i olej. Analizowanie wpływu rozpuszczalnika na wydajność reakcji może pomóc w lepszym poznaniu mechanizmu wytwarzania H2O2.

ichf pan m.opallo

Niektóre ciecze np. olej i woda nie mieszają się, a w rękach chemika pomiędzy nimi mogą zachodzić reakcje chemiczne. Obserwacją takich zjawisk zajmuje się profesor Marcin Opałło. Źródło IChF PAN, fot: Grzegorz Krzyżewski.

Cząsteczka nadtlenku wodoru (H2O2) była wykorzystywana np. do dezynfekcji skóry po skaleczeniu. Jest stosowana w przemyśle celulozowym, papierniczym i tekstylnym, w oczyszczaniu ścieków i wody pitnej, a nawet jako paliwo napędzające rakiety, satelity i torpedy.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN przedstawili badania nad wytwarzaniem nadtlenku wodoru poprzez redukcję ditlenu na granicy dwóch niemieszających się cieczy, takich jak woda i olej. Pierwsza z nich to wodny roztwór kwasu, a druga to niemieszająca się z wodą ciecz składająca się wyłącznie z jonów, tzw. ciecz jonowa. Badacze porównali swoje dane z tymi uzyskanymi na granicy faz z rozpuszczalnikami molekularnymi o znacznie mniejszej lepkości.

Szybka reakcja

Naukowcy wskazali, że badanie wpływu rozpuszczalnika na wydajność reakcji może pomóc w lepszym poznaniu mechanizmu wytwarzania H2O2.

„W tej pracy wykazaliśmy, że rodzaj cieczy jonowej wpływa na szybkość redukcji O2 do H2O2 na granicy faz olej-woda. Wytwarzanie H2O2 jest bardziej wydajne, gdy ciecz jonowa zawiera mniej hydrofobowe kationy” – mówi prof. Marcin Opałło z IChF PAN. „Pokazaliśmy również, że zastosowanie pasty przygotowanej z proszku węglowego i cieczy jonowej jako fazy olejowej pozwala na elektrochemiczną regenerację donora elektronów, co zwiększa wydajność reakcji międzyfazowej”.

Prąd elektroutleniania

Generowanie nadtlenku wodoru badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektrochemicznej (SECM). Technika ta pozwala na określenie lokalnego stężenia produktu elektroaktywnego reakcji zachodzącej na granicy faz, w tym przypadku H2O2. W tej metodzie rejestrowany jest prąd elektroutleniania H2O2 na elektrodzie.

Badanie ujawnia złożoność reakcji na granicy faz ciecz-ciecz. W przeciwieństwie do granicy faz elektroda-roztwór badany układ jest samoregenerujący i trudno go zanieczyścić.

Przedsięwzięcie zostało sfinansowane z Polsko-Szwajcarskiego Programu Badawczego i odbyło się pod kierunkiem prof. Marcina Opałło we współpracy z prof. Hubertem H. Giraultem z Politechniki w Lozannie (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne).

Artykuł „The Solvent Effect on H2O2 Generation at Room Temperature Ionic Liquid|Water Interface” autorstwa Justyny Kalisz, Wojciecha Nogali, Wojciecha Adamiaka, Mateusza Gocyli, Huberta H. Giraulta, Marcina Opałło w „ChemPhysChem”.

Oprac. na podstawie informacji Instytutu Chemii Fizycznej PAN