炭酸塩で水の電気分解による過酸化水素生成を向上させる新研究

Tokyoドイツのルール大学ボーフムの研究者たち、特に李麗晶博士、カルラ・サンタナ・サントス博士、ヴォルフガング・シューマン教授は、水の電気分解中に通常は無駄になる酸素の生成を抑えつつ、過酸化水素の生成を高める方法を発見しました。過酸化水素はさまざまな産業において有用です。この研究の成果は2024年6月24日に『Angewandte Chemie International Edition』に発表されました。

重要な点は次の通りです。

• 炭酸塩緩衝液の役割
• 局所的なpH値の重要性
• 反応過程のエネルギー動態

水を分解すると通常、水素と酸素が得られます。しかし、多くの産業においては、酸素よりも過酸化水素の方が有用です。過酸化水素は、洗浄用品や漂白剤、燃料として使用されます。通常、過酸化水素を製造するには複雑で環境に優しくない方法が使われていますが、水の電気分解を改善して水素と共に過酸化水素を生成できれば、製造プロセスが簡単になり、環境にも良い影響を与える可能性があります。

特定の条件下で過酸化水素が形成されることがあります。この研究によれば、電気分解溶液に炭酸塩緩衝液を加えることで、反応の進行が変化することが分かりました。炭酸塩緩衝液は、炭酸のようにプロトンを放出し、重炭酸塩と相互作用して溶液のpHを安定させます。

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電圧がかかると電極で電解反応が起こります。この過程で放出されるプロトンによりpHレベルが変化し、反応生成物が影響を受けます。ルール大学ボーフムの研究者たちは、電極表面近くのpHを測定する方法を開発しました。

科学者たちは、高濃度の炭酸水素塩が電極付近で過酸化水素の生成を助けることを発見しました。炭酸水素塩は、不要な酸素の生成を防ぐ物質を導く役割を果たします。これは、水の電気分解から直接過酸化水素を生成するのが、熱力学的に複雑で困難だったため、重要な発見です。

この研究は一見すると非常に科学的かもしれませんが、実際には非常に実用的です。水素と過酸化水素の生成方法を理解することで、産業用の手法をより効率的かつクリーンに改善することができます。これにより、重要な化学物質の生産方法を変革し、持続可能性の目標を支援し、環境への影響を軽減することが可能です。

この発見は、技術向上における基礎研究の重要性を示しています。電気分解の条件や緩衝溶液についてさらに研究することで、過酸化水素の生産を改善できる可能性があります。これにより、大規模な産業用途により適したプロセスとなり、環境に優しい化学ソリューションの実現につながるでしょう。