水分子在金屬電極附近移動情況首次捕獲
發布時間：2023年12月25日
來源：科技日報
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韓國和美國的科學家在電化學領域取得重要發現，首次揭示了水分子在金屬電極附近的運動，對推進利用水性電解質的下一代電池具有深遠的意義。相關研究論文已經發表于《美國國家科學院院刊》。
在納米級領域，化學家通常利用激光照射分子，并測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性。此外，遠離電極表面的水分子也會對所施加的光作出響應，使液體-金屬-電極界面處分子的選擇性觀察變得更加復雜。
研究團隊通過新開發的光譜技術和計算機模擬來應對這一挑戰。在最新實驗中，為盡量減少金屬的干擾，他們在電極表面涂上了專門設計的有機分子，然后使用表面增強飛秒二維振動光譜來觀察金屬電極附近水分子運動的變化。根據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動。
研究人員表示，當向電極施加正電壓時，附近水分子的運動會減慢。相反，當施加負電壓時，在飛秒振動光譜和計算機模擬中都會觀察到相反的情況。這項研究結果為理解電化學反應提供了關鍵信息，也為未來水電解質電池的研發提供了必要的物理基礎，有望催生更高效且更可持續的電池。