Maximiser la formation de peroxyde d'hydrogène lors de l'électrolyse de l'eau
Lorsque l'eau est divisée par électrolyse, il en résulte généralement de l'hydrogène - et de l'oxygène inutile. Au lieu de l'oxygène, vous pouvez également produire un produit utile. À condition de savoir comment.
En raison de sa grande disponibilité, l'eau est considérée comme la matière première la plus utile pour la production d'hydrogène. Idéalement, la conversion de l'eau en hydrogène produit une deuxième substance utile : le peroxyde d'hydrogène, qui est nécessaire à de nombreux secteurs de l'industrie, par exemple pour la production de désinfectants. Des conditions de réaction particulières sont nécessaires pour obtenir du peroxyde d'hydrogène à partir de la division de l'eau. On savait que la présence de carbonate était utile. Mais on ne savait pas pourquoi. Une équipe de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, vient d'élucider ce mécanisme.
Le groupe dirigé par Lejing Li, Carla Santana Santos et le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d'électrochimie de l'Université de la Ruhr à Bochum décrit ses résultats dans la revue "Angewandte Chemie International Edition" du 24 juin 2024.
Faire d'une pierre deux coups
"Le peroxyde d'hydrogène est un produit chimique précieux qui doit être produit à l'aide de processus complexes qui ne sont pas toujours inoffensifs pour l'environnement, explique Wolfgang Schuhmann. Il serait utile que cette substance puisse être obtenue en grandes quantités à partir de la division électrolytique de l'eau, qui produit également le vecteur énergétique qu'est l'hydrogène. "Cependant, cela est thermodynamiquement compliqué", explique Lejing Li. En effet, la production d'oxygène est pour ainsi dire plus simple sur le plan énergétique.
Toutefois, si l'on ajoute un tampon carbonate à la solution, la situation change. Il s'agit de l'acide carbonique (H2CO3), qui peut libérer un proton (H+), ce qui donne de l'hydrogénocarbonate (HCO3-), qui peut ensuite réagir pour former du dioxyde de carbone (CO2). Ces tampons permettent de maintenir stable la valeur du pH des solutions. Cependant, les conditions dans la solution de réaction ne sont pas identiques partout.
La transformation de l'eau en hydrogène et en oxygène a lieu à la surface de deux électrodes, entre lesquelles une tension est appliquée. Lorsque des électrons chargés négativement sont transférés, des protons chargés positivement sont libérés en même temps. Les protons modifient la valeur du pH à proximité immédiate de l'électrode, tandis que la valeur du pH reste stable plus loin dans la solution.
Mesures locales de la valeur du pH
À l'aide d'une méthode qu'elle a elle-même mise au point, l'équipe de Bochum a déterminé la valeur du pH à proximité immédiate de l'électrode dans différentes conditions de réaction et a montré que le peroxyde d'hydrogène est produit de préférence lorsqu'il y a beaucoup de carbonate d'hydrogène à proximité de l'électrode. Dans ces conditions, un produit de réaction intermédiaire se forme et empêche la formation d'oxygène indésirable.
"Ces résultats ressemblent à première vue à de la recherche fondamentale abstraite", admet Lejing Li. "Mais la production d'hydrogène et de peroxyde d'hydrogène est extrêmement importante. Ce n'est que si nous comprenons précisément les processus que nous pourrons les améliorer."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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