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, étudier le comportement des molécules d'eau à proximité des électrodes métalliques s'est avéré 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 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 et de dynamique moléculaires de l'Institut des sciences fondamentales (IBS), l'équipe a relevé ce défi avec de nouvelles techniques spectroscopiques 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, la 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.
En fonction de l'amplitude et de la polarité de la tension appliquée sur l'électrode métallique, les chercheurs ont observé, pour la première fois, soit une décélération, soit 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.
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 les Proceedings of the National Academy of Sciences. .
Plus d'informations : 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, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI :10.1073/pnas.2314998120. est ce que je.org/10.1073/pnas.2314998120
Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences
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