研究人员揭开界面电化学关键特征的帷幕

康奈尔大学的材料科学家已经开发出一种方法来更好地理解在水和金属表面界面发生的复杂电化学反应，这种方法最终将导致更好的燃料电池和其他电化学技术。

固液界面是使燃料电池极化的关键，因此它可以将燃料的化学能转化为电能，但科学家们一直在努力测量的一个关键特征是零电荷的潜力，即金属电极没有多余的表面电荷。

使用产生持续不到万亿分之一秒的光脉冲的飞秒激光器，由康奈尔领导的研究小组能够在不使用侵入性探针分子的情况下首次量化铂 - 水界面零电荷的潜力。该方法于13月<>日发表在《自然材料》杂志上，并为电化学的一个鲜为人知的领域提供了新的线索，资深作者，材料科学与工程副教授Jin Suntivich说。

“人们已经推测，随着电位的变化，界面上的电荷会发生变化，但它究竟是如何变化的呢?”桑蒂维奇说。“这项研究提供了回答这个问题的第一步——当费用为净零时，潜力在哪里。”

研究人员通过利用电场诱导的二次谐波产生来实现测量技术，这是一种基于光学现象的过程，该过程使用激光产生谐波输出信号。

“我们首先测量零电荷铂表面的相位作为标记，”上海交通大学化学和化学工程终身副教授徐鹏涛说，他是康奈尔大学的博士后研究员，领导了这项研究。“然后，我们扫描了电极的电位并监测了它的相位，然后一旦我们超过这个标记，铂表面就达到了零电荷状态。

使用这种方法，Pengtao和研究人员表明，通过将外来镍原子引入铂 - 水界面可以改变零电荷的电位，并且这种变化与电催化活性的增加相关。

“了解零电荷的潜力并用另一种材料对其进行修饰可能有助于设计最佳的燃料电池电催化剂，”Pengtao说，他补充说，该研究有助于证实界面电场可以影响碱性环境中电催化的假设。

Suntivich研究小组正在使用测量技术对其他类型的材料进行实验并扩展其应用。Suntivich说，最终，这项研究将有助于更好地了解静电如何使表面上的能量转换反应成为可能。

“在非常小的尺度上改变电场并将其用于化学的想法是一项令人兴奋的努力。许多康奈尔大学的研究人员已经为静电如何影响化学和材料科学奠定了基础，“Suntivich说。“这项工作代表了量化界面静电并找到中性位置的一步 - 这是实现长期愿景的第一个标志。

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