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

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

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

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Время разбрасывать камни: ультразвуковая чистка зубов возвращает уверенность в себе
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта