Las reacciones electroquímicas ácido-base pueden ser útiles para controlar la reactividad. investigación

Las reacciones electroquímicas ácido-base pueden ser útiles para controlar la reactividad.  investigación

Se han descubierto dos nuevos métodos para controlar y optimizar reacciones electroquímicas en interfaces eléctricas. Estos conocimientos pueden ayudar a diseñar nuevos catalizadores para la tecnología de baterías y la producción de hidrógeno, fundamentales para la transición ecológica.

La electrólisis implica hacer pasar una corriente eléctrica a través de una sustancia para provocar una reacción química, un proceso particularmente importante para la producción de hidrógeno verde y la tecnología de baterías. Sin embargo, existe una comprensión limitada de la química ácido-base en la interfaz metal/agua donde ocurren los pasos clave de la electrocatálisis. Aunque se teoriza que la química ácido-base en la interfaz electroquímica es diferente, la relación entre estos efectos, además de evaluar una métrica importante: la constante de distribución del ácido (p.kuno) valor – ha sido difícil de cuantificar.

Científicos de la Universidad del Ruhr en Bochum han descubierto dos factores que gobiernan el complejo comportamiento en la interfaz eléctrica oro/agua. Se propone un nuevo modelo para racionalizar los cambios en los valores de las constantes de disociación ácida en las interfaces metal-acuosa basándose en dos mecanismos: hidrofobicidad local y campo eléctrico local.

El equipo utilizó modelos combinados con espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) para estudiar las propiedades químicas ácido-base localizadas y específicas del sitio del aminoácido glicina. «La espectroscopia vibratoria es una muy buena opción porque (SERS) es muy sensible y permite obtener información fiable sobre el cambio en el estado de protonación de los dos grupos polares de la molécula», comenta el autor principal del estudio, Simone Pizzotti.

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«(La glicina) tiene dos grupos que pueden aceptar o donar un protón y cuando se juega con ella se puede ver que no es una cuestión de pH local», dice Pezzotti. En comparación con el conocido pkuno Valores de glicina a granel, pkuno Tanto los grupos carboxilo como amino en la interfaz oro/agua se desplazan hacia la neutralidad; por lo tanto, se reduce la ventana de pH para que exista el zwitterión de glicina. La simulación confirmó que los dos grupos cargados se eliminan parcialmente en las interfaces oro/agua y aire/agua.

«A partir de estos patrones, podemos entender por qué este zwitterión se seca y la razón es que en la interfaz, aunque el oro tiene un muy buen contacto con el agua, tenemos hidrofobicidad. Una interfaz de agua hidrofóbica está muy cerca del zwitterión metálico. se vuelve como una mezcla de agua y aceite. El valor de pH local en la interfaz proporciona un entorno de solución muy diferente, explica Ian McCram, investigador de electroquímica de la Universidad de Clarkson en EE. UU., “Esto proporciona una medida cuantitativa directa de qué tan bien funciona el solvente. funciona cuando está cerca de una superficie que cuando está lejos.

Este no fue el único resultado observado: la estabilidad de reducción del zwitterión aumenta al aumentar el potencial aplicado. El campo eléctrico local (la suma de los campos de la superficie del oro electrificado, más el agua interfacial) puede estabilizar o desestabilizar el enlace. Los campos eléctricos desempeñan un papel importante, ya que pueden estimular reacciones químicas en agua líquida, rompiendo y formando enlaces. «Si corregimos el pH y simplemente jugamos con el voltaje, podemos influir en la química», afirma Pezzotti, y añade que los campos eléctricos locales adicionales mejoran la transferencia de la proteína a los glicanos. Los campos eléctricos locales impulsan la protonación de grupos amino no sólo en disolventes hidrófobos, sino también en disolventes hidrófilos.

«Creo que (la investigación) nos llevará hacia la comprensión de cómo los disolventes y los campos eléctricos trabajan juntos para afectar las reacciones en las superficies», afirma McCram. Los resultados muestran que la química ácido-base en la interfaz electrostática se puede ajustar no sólo mediante cambios en la hidrofobicidad sino también mediante cambios en el voltaje aplicado. «Realmente hay muchas oportunidades para afinar estas dos colaboraciones y… afinar la química», añade Pizzotti.

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