14.12.2020 - Curtin University

Winzige Bläschen an Elektroden sind der Schlüssel zur Beschleunigung chemischer Prozesse

Blasenbildung an Elektroden, die normalerweise als Hindernis angesehen wird, kann vorteilhaft sein

Neue Forschungen unter der Leitung der Curtin-Universität haben gezeigt, dass die Bildung von Blasen an Elektroden, die normalerweise als Hindernis angesehen werden, von Vorteil sein kann. Durch absichtlich hinzugefügte Blasen oder Öltröpfchen können Prozesse wie die Entfernung von Schadstoffen wie Kohlenwasserstoffen aus verunreinigtem Wasser und die Produktion von Chlor beschleunigt werden.

Dr. Simone Ciampi von der Curtin's School of Molecular Life Sciences erklärte, dass viele industrielle Prozesse elektrochemisch ablaufen, d.h. die gewünschte chemische Reaktion zur Herstellung eines Endprodukts wird durch den Fluss elektrischer Ströme unterstützt.

"Elektroden unterstützen Chemiker bei der Durchführung der erforderlichen elektrochemischen Reaktionen, wie z.B. bei der Reinigung von Aluminiumoxid und der Technologie zur Herstellung von Chlor für Schwimmbäder", sagte Dr. Ciampi.

"Oft beginnen sich im Laufe ihrer Verwendung kleine Gasbläschen auf diesen Elektroden zu bilden, die Teile ihrer Oberfläche blockieren. Diese Blasen verhindern, dass frische Lösung zu den Elektroden gelangt, und verlangsamen daher die notwendigen Reaktionen.

"Man ging allgemein davon aus, dass diese Blasen die Elektrode im Wesentlichen daran hindern, einwandfrei zu funktionieren, und das Aussehen der Blasen war eine schlechte Sache. Unsere neue Forschung legt jedoch etwas anderes nahe", sagte Dr. Ciampi.

Mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie, der Elektrochemie und der Multiskalenmodellierung zeigte das Forschungsteam, dass in der Nähe von Blasen, die an einer Elektrodenoberfläche anhaften, wertvolle chemische Reaktionen unter Bedingungen ablaufen, unter denen solche Reaktionen normalerweise als unmöglich gelten würden.

Co-Forscherin Dr. Yan Vogel, ebenfalls von der Curtin's School of Molecular and Life Sciences, sagte, es seien diese "unmöglichen" Reaktionen, die in der Korona von Blasen auftreten, die das Interesse des Teams weckten und weitere Untersuchungen rechtfertigten.

"Wir zeigten zum ersten Mal, dass die umgebende Oberfläche einer Elektrodenblase Hydroxid-Anionen in überraschend hohen Konzentrationen anreichert", sagte Dr. Vogel.

"Diese Population negativ geladener Ionen, die die Blasen umgibt, ist durch Ionen mit entgegengesetztem Vorzeichen unausgeglichen, was ziemlich unerwartet war. Gewöhnlich sind geladene chemische Spezies in Lösung im Allgemeinen im Gleichgewicht, so dass dieses Ergebnis uns mehr über die chemische Reaktivität von Blasen zeigte.

"Im Grunde haben wir gelernt, dass Oberflächenblasen tatsächlich elektrochemische Reaktionen beschleunigen können, bei denen kleine Moleküle zu großen Netzwerken von Molekülen in einem Polymer verbunden werden, wie in Kamerafilmen oder Anzeigegeräten wie Glukosesensoren zur Blutzuckerüberwachung.

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