作者:波鸿鲁尔大学
来自RUB及其合作伙伴的研究人员已经调查了水溶液和带电表面之间的界面发生了什么
信用:橡胶，克莱默 鲁尔-波鸿大学卓越解决方案集群、其在伯克利的姐妹研究网络CALSOLV和巴黎的埃夫里大学的研究人员研究了带正电荷和负电荷的离子在固体表面和水溶液之间的界面上的行为
在SOLEIL同步加速器上，他们能够使用太赫兹光谱准确观察当在电解质溶液中施加电压时，钠离子和氯离子周围的水外壳何时以及如何被剥离
他们在2021年11月15日在线出版的《美国国家科学院院刊》上描述了他们的研究结果
电解质和固体界面之间的电化学双层 电解质是一种化合物，其中有独立的离子
例如，当氯化钠(NaCl)溶解在水中时，带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子分离，并且可以在溶液中自由移动
由于离子和水分子之间的电吸引，在单个离子周围形成了水分子壳——这是一种在溶液中稳定的所谓水合壳
在电极和水之间的电边界层附近形成电荷载流子层
正电荷层和负电荷层彼此相对，这就是为什么该层也被称为电化学双层的原因
根据化学教科书，当施加电压时，会发生以下情况:电极和离子之间的吸引力从水外壳上剥离，电荷转移即电流发生
这张简单的图片解释了电池是如何工作的
在目前的工作中，来自波鸿、伯克利和巴黎的研究人员调查了它在分子水平上是否也是正确的
他们还检查了当负电压或正电压交替施加时，过程是否相同
过程中的观察是困难的 当施加电压时，在分子水平上观察化学过程是一项特殊的实验挑战
这正是科学家们在目前的太赫兹光谱研究中成功做到的，他们将太赫兹光谱与模拟相结合
为此，研究人员研究了在巴黎SOLEIL同步加速器金表面附近的氯化钠溶液中形成的电化学双层
太赫兹光谱使得跟踪水化壳的剥离成为可能
研究人员还首次展示了带电金表面的水网是如何变化的
这对于理解过程中总能量如何变化是至关重要的
RESOLV的发言人Martina Havenith教授总结道:“我们惊讶地发现，正电荷和负电荷的运行过程是不同的。”
水合壳的不对称分离 研究人员发现，钠离子和氯离子的水合壳在电化学双层中表现不同
在小的外加电压下，带正电离子的水合壳层已经分离，钠离子被吸引到电极上
对于带负电荷的氯离子，这仅在较高的外加电压下发生
研究小组能够将这些差异归因于界面处水网的行为
科学家们借助复杂的计算机模拟证实了这一结果
“这种方法和结果现在可以用来研究水在其他界面过程中的关键作用，例如在半导体/电解质界面，”Martina Havenith说
这些结果对于理解和优化电化学过程很重要，例如对于技术应用，如太阳能电池或燃料电池技术
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
