首次观察水分子如何在金属电极附近移动
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2023-12-19 16:41:04
摘要 实验和计算物理化学家组成的合作团队在电化学领域取得了一项重要发现，揭示了金属电极附近水分子的运动。这项研究对利用水性电解质的下一代...
实验和计算物理化学家组成的合作团队在电化学领域取得了一项重要发现，揭示了金属电极附近水分子的运动。这项研究对利用水性电解质的下一代电池的进步具有深远的影响。
在纳米级领域，化学家通常利用激光照射分子并测量光谱特性以可视化分子。然而，由于电极本身金属原子的巨大干扰，研究金属电极附近水分子的行为被证明具有挑战性。此外，远离电极表面的水分子也有助于对所施加的光的响应，从而使液体-金属电极界面处的分子的选择性观察变得复杂。
由威斯康星大学麦迪逊分校的 Martin Zanni 教授和基础科学研究所 (IBS) 分子光谱与动力学中心的 CHO Minhaeng 主任领导，利用新开发的光谱技术与计算机模拟相结合解决了这一挑战。为了最大限度地减少金属的干扰，作者在电极表面涂上了专门设计的有机分子。然后，利用表面增强飞秒(10-15秒)二维振动光谱来观察金属附近水分子运动的变化。电极。
根据金属电极上施加电压的大小和极性，研究人员首次观察到电极附近水分子运动的减速或加速。 “当向电极施加正电压时，附近水分子的运动就会减慢。相反，当施加负电压时，在飞秒振动光谱和计算机模拟中都会观察到相反的情况，”Kwac 博士解释道。
“这项研究的结果为理解电化学反应提供了重要信息，为未来水性电解质电池的研究和开发提供了必要的物理见解，”通讯作者、IBS 分子光谱与动力学中心主任 CHO Minhaeng 评论道。研究的。
这一结果意味着涉及电极表面水的电化学反应与界面水分子的动力学之间存在密切关系。预计它不仅将增进我们对基本电化学过程的理解，还将为设计更高效和可持续的电池技术铺平道路。
这项研究于 2023 年 12 月 18 日发表在国家科学院院刊 (PNAS)。
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