康奈爾大學的材料科學家已經(jīng)開發(fā)出一種方法來更好地理解在水和金屬表面界面發(fā)生的復雜電化學反應，這種方法最終將導致更好的燃料電池和其他電化學技術。

固液界面是使燃料電池極化的關鍵，因此它可以將燃料的化學能轉化為電能，但科學家們一直在努力測量的一個關鍵特征是零電荷的潛力，即金屬電極沒有多余的表面電荷。

使用產生持續(xù)不到萬億分之一秒的光脈沖的飛秒激光器，由康奈爾領導的研究小組能夠在不使用侵入性探針分子的情況下首次量化鉑 - 水界面零電荷的潛力。該方法于13月<>日發(fā)表在《自然材料》雜志上，并為電化學的一個鮮為人知的領域提供了新的線索，資深作者，材料科學與工程副教授Jin Suntivich說。

“人們已經(jīng)推測，隨著電位的變化，界面上的電荷會發(fā)生變化，但它究竟是如何變化的呢?”桑蒂維奇說。“這項研究提供了回答這個問題的第一步——當費用為凈零時，潛力在哪里。”

研究人員通過利用電場誘導的二次諧波產生來實現(xiàn)測量技術，這是一種基于光學現(xiàn)象的過程，該過程使用激光產生諧波輸出信號。

“我們首先測量零電荷鉑表面的相位作為標記，”上海交通大學化學和化學工程終身副教授徐鵬濤說，他是康奈爾大學的博士后研究員，領導了這項研究。“然后，我們掃描了電極的電位并監(jiān)測了它的相位，然后一旦我們超過這個標記，鉑表面就達到了零電荷狀態(tài)。

使用這種方法，Pengtao和研究人員表明，通過將外來鎳原子引入鉑 - 水界面可以改變零電荷的電位，并且這種變化與電催化活性的增加相關。

“了解零電荷的潛力并用另一種材料對其進行修飾可能有助于設計最佳的燃料電池電催化劑，”Pengtao說，他補充說，該研究有助于證實界面電場可以影響堿性環(huán)境中電催化的假設。

Suntivich研究小組正在使用測量技術對其他類型的材料進行實驗并擴展其應用。Suntivich說，最終，這項研究將有助于更好地了解靜電如何使表面上的能量轉換反應成為可能。

“在非常小的尺度上改變電場并將其用于化學的想法是一項令人興奮的努力。許多康奈爾大學的研究人員已經(jīng)為靜電如何影響化學和材料科學奠定了基礎，“Suntivich說。“這項工作代表了量化界面靜電并找到中性位置的一步 - 這是實現(xiàn)長期愿景的第一個標志。

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