Maximiser la formation de peroxyde d’hydrogène lors de l’électrolyse de l’eau
Lejing Li, premier auteur de l’étude. Crédit : RUB, Marquard
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 dans de nombreuses branches industrielles, par exemple pour la production de désinfectants.
Pour obtenir du peroxyde d’hydrogène à partir de la décomposition de l’eau, des conditions de réaction particulières sont nécessaires. 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, a élucidé le mécanisme qui se cache derrière ce phénomène.
Le groupe dirigé par le Dr Lejing Li, le Dr Carla Santana Santos et le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d’électrochimie de l’Université de la Ruhr à Bochum décrit les résultats dans la revue Angewandte Chemie International Edition.
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 Schuhmann.
Il serait judicieux de pouvoir obtenir cette substance en grande quantité à partir de la décomposition électrolytique de l’eau, qui produit également l’hydrogène, vecteur d’énergie. « Mais c’est thermodynamiquement compliqué », explique Lejing Li. En effet, la production d’oxygène est, pour ainsi dire, plus simple sur le plan énergétique.
Cependant, si un tampon carbonate est ajouté à la solution, la situation change. Il s’agit de l’acide carbonique (H2CO3), qui peut libérer un proton (H+), ce qui donne du carbonate d’hydrogène (HCO3–), qui peut réagir davantage pour former du dioxyde de carbone (CO2). Ces tampons permettent de maintenir la valeur du pH des solutions stable. Cependant, les conditions dans la solution réactionnelle ne sont pas identiques partout.
La conversion de l’eau en hydrogène et en oxygène se produit 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
Grâce à une méthode développée par l’équipe de Bochum, la valeur du pH à proximité immédiate de l’électrode a été déterminée dans différentes conditions de réaction et il a été démontré que le peroxyde d’hydrogène est produit de préférence lorsqu’il y a beaucoup d’hydrogénocarbonate à proximité de l’électrode. Dans ces conditions, un produit de réaction intermédiaire se forme, empêchant la formation d’oxygène indésirable.
« Ces résultats semblent à première vue relever de la recherche fondamentale abstraite », explique Li. « Mais la production d’hydrogène et de peroxyde d’hydrogène est extrêmement importante. Ce n’est qu’en comprenant précisément les processus que nous pourrons les améliorer. »
Plus d’information:
Lejing Li et al, Anodic H2O2 génération dans les électrolytes à base de carbonate – aperçu mécanistique de la microscopie électrochimique à balayage, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202406543
Fourni par la Ruhr-Universitaet-Bochum
Citation: Maximiser la formation de peroxyde d’hydrogène pendant l’électrolyse de l’eau (2024, 22 juillet) récupéré le 22 juillet 2024 à partir de
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