《中國(guó)材料進(jìn)展網(wǎng)》
水分子在金屬電極附近移動(dòng)情況首次捕獲
發(fā)布時(shí)間：2023年12月25日
來源：科技日?qǐng)?bào)
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韓國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家在電化學(xué)領(lǐng)域取得重要發(fā)現(xiàn)，首次揭示了水分子在金屬電極附近的運(yùn)動(dòng)，對(duì)推進(jìn)利用水性電解質(zhì)的下一代電池具有深遠(yuǎn)的意義。相關(guān)研究論文已經(jīng)發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》。
在納米級(jí)領(lǐng)域，化學(xué)家通常利用激光照射分子，并測(cè)量光譜特性來觀察分子。但由于電極中金屬原子的巨大干擾，研究水分子在金屬電極附近的行為極具挑戰(zhàn)性。此外，遠(yuǎn)離電極表面的水分子也會(huì)對(duì)所施加的光作出響應(yīng)，使液體-金屬-電極界面處分子的選擇性觀察變得更加復(fù)雜。
研究團(tuán)隊(duì)通過新開發(fā)的光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。在最新實(shí)驗(yàn)中，為盡量減少金屬的干擾，他們?cè)陔姌O表面涂上了專門設(shè)計(jì)的有機(jī)分子，然后使用表面增強(qiáng)飛秒二維振動(dòng)光譜來觀察金屬電極附近水分子運(yùn)動(dòng)的變化。根據(jù)施加在金屬電極上的電壓的大小和極性，研究人員首次觀察到電極附近水分子的運(yùn)動(dòng)。
研究人員表示，當(dāng)向電極施加正電壓時(shí)，附近水分子的運(yùn)動(dòng)會(huì)減慢。相反，當(dāng)施加負(fù)電壓時(shí)，在飛秒振動(dòng)光譜和計(jì)算機(jī)模擬中都會(huì)觀察到相反的情況。這項(xiàng)研究結(jié)果為理解電化學(xué)反應(yīng)提供了關(guān)鍵信息，也為未來水電解質(zhì)電池的研發(fā)提供了必要的物理基礎(chǔ)，有望催生更高效且更可持續(xù)的電池。