Ученые впервые увидели, как молекулы воды ведут себя у металлического электрода

Совместная группа экспериментальных и вычислительных физико-химиков из Южной Кореи и США сделала важное открытие в области электрохимии, пролив свет на движение молекул воды вблизи металлических электродов. Это исследование имеет глубокие последствия для развития батарей нового поколения, использующих водные электролиты.

В наноразмерной области химики обычно используют лазерное излучение для освещения молекул и измеряют спектроскопические свойства для визуализации молекул. Однако изучение поведения молекул воды вблизи металлических электродов оказалось сложной задачей из-за сильных помех, создаваемых атомами металла в самом электроде. Кроме того, молекулы воды, удаленные от поверхности электрода, также вносят свой вклад в реакцию на приложенный свет, что усложняет селективное наблюдение за молекулами на границе раздела жидкость-металл-электрод.

Под руководством профессора Мартина Занни из Висконсинского университета в Мэдисоне и директора Чо Минхаенга из Центра молекулярной спектроскопии и динамики при Институте фундаментальных наук (IBS) эта проблема была решена с помощью новых разработанных спектроскопических методов в сочетании с компьютерным моделированием. Чтобы свести к минимуму помехи от металлов, авторы покрыли поверхность электрода специально разработанными органическими молекулами. Затем с помощью фемтосекундной (10-15 секунд) двумерной колебательной спектроскопии с поверхностным усилением наблюдали за изменениями в движении молекул воды вблизи металлического электрода.

В зависимости от величины и полярности напряжения, приложенного к металлическому электроду, исследователи впервые наблюдали либо замедление, либо ускорение движения молекул воды вблизи электрода.

Когда к электроду прикладывается положительное напряжение, движение близлежащих молекул воды замедляется. И наоборот, при подаче отрицательного напряжения наблюдается обратная картина как в фемтосекундной колебательной спектроскопии, так и в компьютерном моделировании, — объясняет доктор Квак.

«Результаты этого исследования предоставляют важнейшую информацию для понимания электрохимических реакций, предлагая важные физические идеи, необходимые для исследования и разработки батарей с водным электролитом в будущем, — комментирует директор Чо Минхаенг из Центра молекулярной спектроскопии и динамики IBS, автор-корреспондент исследования.

Этот результат предполагает тесную связь между электрохимическими реакциями с участием воды на поверхности электродов и динамикой межфазных молекул воды. Ожидается, что это не только улучшит наше понимание фундаментальных электрохимических процессов, но и проложит путь к разработке более эффективных и устойчивых технологий производства батарей.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 18 декабря 2023 года.

18.12.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Синергия виртуального сервера и облака: преимущества облачных VPS и VDS