Un instantané tiré du modèle de simulation informatique du système dans cette étude. Des deux côtés se trouvent trois couches d'atomes d'or représentant l'électrode métallique avec des molécules organiques adsorbées sur l'électrode de gauche. L'espace entre les électrodes est rempli de molécules d'eau. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Une équipe collaborative de physico-chimistes expérimentaux et informatiques de Corée du Sud et des États-Unis a fait une découverte importante dans le domaine de l'électrochimie, mettant en lumière le mouvement des molécules d'eau à proximité des électrodes métalliques.
Cette recherche a de profondes implications pour l’avancement des batteries de nouvelle génération utilisant des électrolytes aqueux.
Dans le domaine nanométrique, les chimistes utilisent généralement la lumière laser pour éclairer les molécules et mesurer les propriétés spectroscopiques afin de visualiser les molécules. Cependant, l’étude du comportement des molécules d’eau à proximité des électrodes métalliques s’est avérée difficile en raison de l’interférence écrasante des atomes métalliques dans l’électrode elle-même.
De plus, les molécules d’eau éloignées de la surface de l’électrode contribuent également à la réponse de la lumière appliquée, compliquant ainsi l’observation sélective des molécules à l’interface de l’électrode liquide-métal.
Dirigé par le professeur Martin Zanni de l'Université du Wisconsin à Madison et le directeur CHO Minhaeng du Centre de spectroscopie moléculaire et de dynamique de l'Institut des sciences fondamentales (IBS), l'étude a relevé ce défi avec des techniques spectroscopiques nouvellement développées couplées à des simulations informatiques.
Pour minimiser les interférences des métaux, les auteurs ont recouvert la surface de l'électrode de molécules organiques spécialement conçues. Ensuite, femtoseconde améliorée en surface (10-15 deuxièmement), la spectroscopie vibrationnelle bidimensionnelle a été utilisée pour observer les changements dans le mouvement des molécules d'eau à proximité de l'électrode métallique.
Figure représentant l’interaction de liaison hydrogène entre les molécules d’eau et une molécule organique adsorbée. Crédit : Institut des sciences fondamentales
En fonction de l'ampleur et de la polarité de la tension appliquée sur l'électrode métallique, les chercheurs ont observé pour la première fois une décélération ou une accélération du mouvement des molécules d'eau à proximité de l'électrode.
“Lorsqu'une tension positive est appliquée à l'électrode, le mouvement des molécules d'eau proches ralentit. À l'inverse, lorsqu'une tension négative est appliquée, l'inverse est observé à la fois en spectroscopie vibrationnelle femtoseconde et dans les simulations informatiques”, explique le Dr Kwac.
“Les résultats de cette étude fournissent des informations cruciales pour comprendre les réactions électrochimiques, offrant des informations physiques essentielles nécessaires à la recherche et au développement de batteries à électrolyte aqueux à l'avenir”, commente le directeur CHO Minhaeng du Centre IBS de spectroscopie et de dynamique moléculaires, auteur correspondant. de l’étude.
Figure schématique représentant les molécules organiques adsorbées sur une surface d'or et les molécules d'eau à proximité de l'électrode d'or. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Ce résultat implique une relation étroite entre les réactions électrochimiques impliquant de l’eau à la surface des électrodes et la dynamique des molécules d’eau interfaciales. Cela devrait non seulement faire progresser notre compréhension des processus électrochimiques fondamentaux, mais également ouvrir la voie à la conception de technologies de batteries plus efficaces et plus durables.
Cette recherche a été publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
Plus d'information:
La dynamique de liaison hydrogène de l'eau à une électrode fonctionnalisée en nitrile est modulée par la tension selon la spectroscopie IR 2D ultrarapide, Actes de l'Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2314998120. est ce que je.org/10.1073/pnas.2314998120
Fourni par l'Institut des sciences fondamentales
Citation: Première observation de la façon dont les molécules d'eau se déplacent à proximité d'une électrode métallique (18 décembre 2023) récupérée le 18 décembre 2023 sur
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