Zajednički tim eksperimentalnih i kompjuterskih fizičkih hemičara iz Južne Koreje i Sjedinjenih Država napravio je važno otkriće u oblasti elektrohemije, bacajući svetlo na kretanje molekula vode u blizini metalnih elektroda.
Ovo istraživanje ima duboke implikacije za unapređenje baterija sledeće generacije koje koriste vodene elektrolite.
U oblasti nanorazmera, hemičari obično koriste lasersko svetlo da osvetle molekule i mere spektroskopska svojstva da bi vizuelizovali molekule. Međutim, proučavanje ponašanja molekula vode u blizini metalnih elektroda pokazalo se izazovnim zbog ogromne smetnje atoma metala u samoj elektrodi.
Pored toga, molekuli vode udaljeni od površine elektrode takođe doprinose odgovoru primenjene svetlosti, komplikujući selektivno posmatranje molekula na interfejsu tečnog metala elektrode.
Predvođeni profesorom Martinom Zannijem sa Univerziteta Viskonsin u Medisonu i direktorom CHO Minhaengom iz Centra za molekularnu spektroskopiju i dinamiku u okviru Instituta za osnovne nauke (IBS) rešili su ovaj izazov sa novorazvijenim spektroskopskim tehnikama u kombinaciji sa kompjuterskim simulacijama.
Da bi minimizirali smetnje od metala, autori su premazali površinu elektrode specijalno dizajniranim organskim molekulima. Zatim je korišćena površinski poboljšana femtosekundna (10-15 sekundi) dvodimenzionalna vibraciona spektroskopija da se posmatraju promene u kretanju molekula vode u blizini metalne elektrode.
U zavisnosti od veličine i polariteta primenjenog napona na metalnoj elektrodi, istraživači su po prvi put primetili ili usporavanje ili ubrzanje kretanja molekula vode u blizini elektrode.
„Kada se na elektrodu primeni pozitivan napon, usporava se kretanje obližnjih molekula vode. Suprotno tome, kada se primeni negativan napon, suprotno se primećuje i u femtosekundnoj vibracionoj spektroskopiji i u kompjuterskim simulacijama“, objašnjava dr Kvac.
„Rezultati ove studije pružaju ključne informacije za razumevanje elektrohemijskih reakcija, nudeći suštinske fizičke uvide neophodne za istraživanje i razvoj baterija sa vodenim elektrolitom u budućnosti“, komentariše direktor CHO Minhaeng iz IBS Centra za molekularnu spektroskopiju i dinamiku, odgovarajući autor studija.
Ovaj ishod implicira blisku vezu između elektrohemijskih reakcija koje uključuju vodu na površini elektroda i dinamike međufaznih molekula vode. Očekuje se da ne samo da unapredi naše razumevanje osnovnih elektrohemijskih procesa, već i da otvori put za dizajn efikasnijih i održivijih tehnologija baterija.
Ovo istraživanje je objavljeno u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka.
