Hidrofobik Moleküllerin Katalitik Reaksiyonlardaki Rolü
Fotoğraf: Su molekülleri ilk bakışta önemsiz gözükebilir, ancak kimyasal reaksiyonlar üzerinde büyük bir etkiye sahiptirler. Fransız-Alman ekibi, su ve altın arasındaki arayüzde neler olduğunu araştırıyor.
Elektrokimyasal süreçleri optimize etmek, yenilenebilir enerjiler için teknolojilerin geliştirilmesindeki zorluklardan biridir. Yeni araştırma bulguları burada yardımcı olabilir.
CO2’yi endüstri için yararlı başlangıç malzemelerine dönüştürmek için elektrokimyasal işlemler kullanılabilir. İşlemleri optimize etmek için kimyagerler, çeşitli reaksiyon ortaklarının ve adımlarının neden olduğu enerji maliyetlerini ayrıntılı olarak hesaplamaya çalışıyorlar.
Ruhr-Universität Bochum (RUB) ve Paris’teki Sorbonne Université’den araştırmacılar, moleküllerin arayüzde suda nasıl etkileştiğini analiz ederek CO2 gibi küçük hidrofobik moleküllerin bu tür reaksiyonların enerji maliyetlerine nasıl katkıda bulunduğunu keşfettiler. Çalışmayı yürütmek için, Université Sorbonne’daki Laboratoire PHENIX’ten Dr. Alessandra Serva ve Profesör Mathieu Salanne, Bochum II Fiziksel Kimya Bölümü’nden Profesör Martina Havenith ve Dr. Simone Pezzotti ile iş birliği yaptı.
Küçük Hidrofobik Moleküller için Çok Önemli Rol
Birçok elektrokimyasal proseste, küçük hidrofobik moleküller, genellikle değerli metallerden oluşan katalizör yüzeylerinde reaksiyona girer. Bu tür reaksiyonlar çoğunlukla sulu bir çözeltide gerçekleşir. Bu sayede su molekülleri, diğer moleküllerin etrafında hidrasyon kabukları olarak bilinen şeyi oluşturur: Diğer moleküllerin etrafında birikir. Polar, yani higroskopik molekülleri çevreleyen su, hidrofobik olarak da adlandırılan polar olmayan molekülleri çevreleyen suya göre farklı davranır. Fransız-Alman araştırma ekibi bu hidrofobik hidrasyon üzerine çalışmalar yaptı.
Araştırmacılar moleküler dinamik simülasyonları kullanarak, altın ve su arasındaki arayüzde karbon dioksit (CO2) veya azot (N2) gibi küçük moleküllerin hidrofobik hidrasyonunu analiz ettiler. Su moleküllerinin küçük hidrofobik moleküllerin çevresindeki etkileşiminin, elektrokimyasal reaksiyonların enerji maliyetlerine çok önemli bir katkı sağladığını göstermiş oldular. Bochum Fiziksel Kimya II Bölümü’nden Dr. Simone Pezzotti, “Su katkısı nedeniyle, moleküllerin boyutu bu arayüzlerdeki kimyasal reaksiyonlarda önemli bir rol oynuyor” diyor. Örnek olarak; model, küçük hidrofobik moleküllerin su ile etkileşimlere dayalı olarak arayüzde birikme eğiliminde olacağını, daha büyük moleküllerin ise çözeltide daha uzakta kalacağını tahmin ediliyor.
Genişletilmiş Enerji Maliyetlerini Hesaplama Modeli
Araştırmacılar bu bulguları Lum-Chandler-Weeks teorisinde uyguladılar. Bu teori, su şebekelerini oluşturmak için gereken enerjinin hesaplanmasını sağlamaktadır. Bochum Ruhr Üniversitesi’nde Ruhr Explores Solvation Mükemmellik Kümesi, kısaca RESOV’un sözcüsü Martina Havenith: “Hidrofobik hidrasyon için enerji maliyetleri, önceki modelde toplu olarak hesaplandı. Bu model şimdi burada arayüzlere yakın hidrofobik moleküllere genişletildi. Bu vaka daha önce dahil edilmemişti.” şeklinde açıklıyor. Uyarlanan bu model; hidrofobik hidrasyon için enerji maliyetlerinin, hidrofobik moleküllerin boyutuna dayalı olarak altın ve su arasındaki arayüzde hesaplanmasına izin verir.
Kaynak: chemeurope.com
