Các nhà nghiên cứu Hà Lan đã phát hiện ra rằng loại muối có trong quá trình sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân ảnh hưởng đến sự hình thành bong bóng hydro. Khám phá này rất thú vị vì sự hình thành bong bóng ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất hydro.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Hóa học Leiden (LIC), phối hợp với các nhà vật lý tại Đại học Twente, đã nghiên cứu cách thức các bong bóng hydro hình thành và tách ra khỏi điện cực. Nghiên cứu của họ xuất hiện trên tạp chí Nature Chemistry. Marc Koper, giáo sư về Xúc tác và Hóa học bề mặt tại LIC, giải thích: “Bạn muốn hình thành các bong bóng nhỏ bám vào bề mặt điện cực trong thời gian ngắn nhất có thể”. “Điều này là do các bong bóng hoạt động như chất cách điện, làm cho tế bào điện phân kém dẫn điện hơn, khiến quá trình sản xuất hydro kém hiệu quả hơn”.
Một tấm thảm bong bóng nhỏ
Để nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng một điện cực có kích thước khoảng 0,1 mm, trên đó chính xác một bong bóng có thể hình thành. “Điều này cho phép chúng tôi nghiên cứu hành vi của một bong bóng với các loại muối khác nhau,” tiến sĩ Sunghak Park cho biết.
Những chiếc máy ảnh tiên tiến của nhóm nghiên cứu Twente của Detlef Lohse và Dominik Krug đã ghi lại hành vi của bong bóng một cách cẩn thận. Hóa ra là thay vì một bong bóng riêng biệt, một thảm bong bóng nhỏ hơn được hình thành, với bong bóng lớn hơn ở trên đang được những bong bóng nhỏ hơn nuôi dưỡng.
Loại muối ảnh hưởng đến sự hình thành bong bóng
Nhưng đó không phải là điều ngạc nhiên lớn nhất. Làm thế nào các bong bóng nhỏ hơn nuôi dưỡng bong bóng lớn hơn và khi bong bóng lớn hơn đó rời khỏi bề mặt điện cực hóa ra lại phụ thuộc rất nhiều vào lượng muối được sử dụng. Giáo sư Koper nói: “Điều đó chưa từng được quan sát thấy trước đây”.
Muối bao gồm hai hạt tích điện khác nhau (ion): cation tích điện dương và anion tích điện âm. Đặc biệt, anion được cho là có ảnh hưởng đến sự hình thành bong bóng. Với anion sunfat, các bong bóng nhỏ dễ dàng tạo thành bong bóng lớn, trong khi với anion peclorat, chủ yếu tạo thành các bong bóng nhỏ và nhanh chóng thoát ra.
Nếm rượu vang có liên quan gì đến điện phân?
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng điều này là do hiệu ứng Marangoni, cũng gây ra hiện tượng chân rượu hay còn gọi là 'nước mắt'. Hiệu ứng Marangoni một dòng chất lỏng được tạo ra do sự chênh lệch nồng độ hoặc mật độ. Trong điện phân, sản xuất hydro gây ra sự khác biệt về nồng độ anion ở điện cực, tạo ra dòng chất lỏng tương tự ở đó. Hướng của dòng chảy đó phụ thuộc vào loại anion. Đối với sunfat, dòng chảy đẩy các bong bóng xuống phía dưới, chạm vào điện cực. Kết quả là bong bóng lớn phát triển và bám chặt vào vị trí lâu hơn. Với perchlorate, dòng chảy đẩy các bong bóng ra khỏi điện cực, ngăn chúng hình thành bong bóng lớn hơn. Điều này dẫn đến việc giải phóng nhanh hơn các bong bóng nhỏ khỏi bề mặt.
Làm cho quá trình điện phân thương mại hiệu quả hơn
Giáo sư Koper cho biết: “Cơ chế này đóng vai trò trong việc hình thành bong bóng vẫn chưa được biết đến”. “Thật thú vị vì nó có nghĩa là chúng tôi có thể kiểm soát hành vi của bong bóng bằng cách thêm đúng loại muối.” Nghiên cứu trong tương lai sẽ phải chứng minh liệu điều này có thể làm cho quá trình điện phân thương mại hiệu quả hơn hay không.
