首次观察水分子如何在金属电极附近移动

来自韩国和美国的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。

这项研究对于推进利用水性电解质的下一代电池具有深远的影响。

在纳米级领域，化学家通常利用激光来照亮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，研究金属电极附近的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MartinZanni教授和基础科学研究所(IBS)分子光谱与动力学中心主任CHOMinhaeng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。

根据施加在金属金属电极上的电压的大小和极性，研究人员首次观察到，要么减速，要么电极附近水分子运动的加速度。

“当向电极施加正电压时，附近水分子的运动减慢。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关键信息，为未来水性电解质电池的研究和开发提供了必要的基本物理见解，”评论IBS分子光谱和动力学中心主任CHOMinhaeng，该研究的通讯作者。

示意图表示吸附在金表面上的有机分子和金电极附近的水分子。图片来源：基础科学研究所

这一结果表明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。预计它不仅可以增进我们对基本电化学过程的理解，还可以为设计更高效和可持续的电池技术铺平道路。