鲁尔大学波鸿分校 信用:CC0公共领域 电化学过程可用于将二氧化碳转化为工业有用的原料
为了优化过程，化学家试图详细计算各种反应伙伴和步骤所导致的能源成本
鲁尔-波鸿大学和巴黎索邦大学的研究人员通过分析分子在界面上与水的相互作用，发现了疏水小分子(如CO2)是如何导致这种反应的能量消耗的
该团队在2021年4月13日在线出版的《美国国家科学院院刊》上描述了这一结果
为了进行这项工作，博士
来自索邦大学的亚历山德拉·塞尔瓦和马蒂厄·萨隆教授与马蒂娜·海文斯教授和博士合作
波鸿物理化学第二教席的西蒙·佩佐蒂
小疏水分子的关键作用 在许多电化学过程中，小疏水分子在通常由贵金属组成的催化剂表面反应
这种反应通常发生在水溶液中，水分子在其他分子周围形成所谓的水合壳层:它们聚集在其他分子周围
极地周围的水
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吸湿分子的行为与非极性分子周围的水不同，非极性分子也被称为疏水分子
法德研究小组对这种疏水水合作用感兴趣
利用分子动力学模拟，研究人员分析了小分子的疏水水合作用，如黄金和水界面处的二氧化碳(CO2)或氮气(N2)
他们表明，小疏水分子附近的水分子之间的相互作用对电化学反应的能量成本起着至关重要的作用
能源成本计算模型扩展 研究人员在勒姆-钱德勒-韦克斯理论中实现了这些发现
这样就可以计算出形成水网所需的能量
“在之前的模型中，疏水水合的能量成本是针对整体进行计算的
这个模型现在已经扩展到界面附近的疏水分子
这种情况以前没有包括在内，”鲁尔探索卓越溶剂化集群的发言人玛蒂娜·海文斯解释道
适应的模型允许现在基于疏水分子的大小在金和水之间的界面计算疏水水合的能量成本
“由于水的贡献，分子的大小在这些界面的化学反应中起着重要的作用，”博士说
波鸿物理化学第二教席的西蒙·佩佐蒂
例如，该模型预测，基于与水的相互作用，小的疏水分子将倾向于在界面上积累，而较大的分子将留在溶液中更远的地方
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