Neue Wege zur Optimierung der Säure/Basen-Chemie in der Elektrochemie
Neue Stellschrauben gefunden, um elektrochemische Prozesse zu beeinflussen und optimieren
© RESOLV, Kasper
Oberflächensensitive Spektroskopie
Um das komplexe Verhalten an Grenzflächen zu verstehen, untersuchte das Team einen wichtigen Parameter bei elektrochemischen Reaktionen, die sogenannte Säurekonstante (pKa) an elektrifizierten Metalloberflächen/Wasser-Grenzflächen. Dieser Wert ist in der Lösung wohl bekannt. „Allerdings gab es Spekulationen darüber, dass sich dieser Wert, der für die Reaktion entscheidend ist, in der Nähe einer Elektrode von der in einer Lösung unterscheidet“, erklärt Prof. Dr. Martina Havenith-Newen, Sprecherin von RESOLV. Um pKa-Werte unter elektrochemischen Bedingungen zu messen, hat ihr Team besondere, oberflächenspezifische spektroskopische Techniken – die Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) – eingesetzt und die Ergebnisse mit theoretischer Modellierung verglichen. Damit konnten die Forschenden als Funktion der angelegten Spannung signifikante Abweichungen von der Säure-Base-Chemie an elektrifizierten Grenzflächen aufdecken, die sich von den bekannten Prozessen in der Lösung unterscheiden.
Lokale Wassernetzwerke und starke elektrische Felder
In der Publikation beschreiben sie zwei neue Schlüsselmechanismen, die Säure-Base-Reaktionen an elektrifizierten Grenzflächen beeinflussen: den Einfluss der lokalen Wasserstruktur an der Elektrode und die starken lokalen elektrischen Felder. Am Beispiel der Aminosäure Glycin wurde die Protonierung/Deprotonierung als Funktion der angelegten Felder vermessen und eine Destabilisierung des Zwitterions beobachtet. „Die Ergebnisse zeigen die Veränderungen der lokalen Solvatationseigenschaften an Metall/Wasser-Grenzflächen auf und eröffnen neue Möglichkeiten zur Optimierung der Reaktivität in der Elektrochemie“, so Martina Havenith. „Diese Erkenntnisse bieten neue Chancen zur Entwicklung von Strategien für die Katalyse, da die beiden entscheidenden Faktoren – lokale Wasserstrukturen und elektrische Felder – manipuliert werden können.
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