Maximización de la formación de peróxido de hidrógeno durante la electrólisis del agua
Cuando el agua se divide electrolíticamente, el resultado suele ser hidrógeno, y oxígeno inútil. En lugar de oxígeno, también se puede obtener un producto útil. Si sabes cómo.
Debido a su alta disponibilidad, el agua se considera el material de partida más útil para la producción de hidrógeno. En el mejor de los casos, la conversión del agua en hidrógeno produce una segunda sustancia útil: el peróxido de hidrógeno, necesario para muchas ramas de la industria, por ejemplo para la producción de desinfectantes. Para obtener peróxido de hidrógeno a partir de la división del agua se requieren condiciones de reacción especiales. Se sabía que la presencia de carbonato es útil. Pero no estaba claro por qué. Un equipo de la Universidad del Ruhr de Bochum (Alemania) ha dilucidado ahora el mecanismo que lo explica.
El grupo dirigido por el Dr. Lejing Li, la Dra. Carla Santana Santos y el profesor Wolfgang Schuhmann, del Centro de Electroquímica de la Universidad del Ruhr de Bochum, describe los resultados en la revista "Angewandte Chemie International Edition" del 24 de junio de 2024.
Matar dos pájaros de un tiro
"El peróxido de hidrógeno es una sustancia química valiosa que debe producirse mediante procesos complejos que no siempre son inocuos para el medio ambiente, afirma Wolfgang Schuhmann. Sería útil que la sustancia pudiera obtenerse en grandes cantidades a partir de la división electrolítica del agua, que también produce el portador de energía hidrógeno. "Sin embargo, esto es termodinámicamente complicado", explica Lejing Li. Y es que la producción de oxígeno es, por así decirlo, energéticamente más sencilla.
Sin embargo, si se añade un tampón de carbonato a la solución, la situación cambia. Se trata de ácido carbónico (H2CO3), que puede liberar un protón (H+), dando lugar a carbonato de hidrógeno (HCO3-), que puede reaccionar además para formar dióxido de carbono (CO2). Estos tampones ayudan a mantener estable el pH de las soluciones. Sin embargo, las condiciones en la solución de reacción no son idénticas en todas partes.
La conversión del agua en hidrógeno y oxígeno tiene lugar en la superficie de dos electrodos, entre los que se aplica una tensión. Cuando se transfieren electrones cargados negativamente, se liberan al mismo tiempo protones cargados positivamente. Los protones modifican el valor del pH en la proximidad inmediata del electrodo, mientras que el valor del pH permanece estable más lejos en la solución.
Medición local del pH
Utilizando un método desarrollado por ellos mismos, el equipo de Bochum determinó el valor del pH en las inmediaciones del electrodo en diferentes condiciones de reacción y demostró que el peróxido de hidrógeno se produce preferentemente cuando hay mucho carbonato de hidrógeno en las inmediaciones del electrodo. En estas condiciones, se forma un producto de reacción intermedio que impide la formación de oxígeno no deseado.
"Estos resultados suenan inicialmente a investigación básica abstracta", admite Lejing Li. "Pero la producción de hidrógeno y peróxido de hidrógeno es extremadamente importante. Sólo si entendemos los procesos con precisión podremos mejorarlos".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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