带正电和带负电的离子在界面上的表现

波鸿鲁尔大学RESOLV卓越集群、伯克利的姊妹研究网络 CALSOLV 和埃弗里大学的研究人员研究了带正电荷和带负电荷的离子在固体表面和水溶液之间的界面上的行为。巴黎。在 SOLEIL 同步加速器中，他们能够使用太赫兹光谱准确观察当在电解质溶液中施加电压时钠离子和氯离子周围的水壳何时以及如何剥离。他们在 2021 年 11 月 15 日在线出版的美国国家科学院院刊 (PNAS) 上描述了他们的结果。

电解质与固体界面之间的电化学双层

电解质是其中出现单独离子的化合物。例如，当氯化钠 (NaCl) 溶解在水中时，带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子会分离并在溶液中自由移动。由于离子和水分子之间的电吸引力，在单个离子周围形成水分子壳——所谓的水合壳，在溶液中是稳定的。在电极和水之间的电边界层附近形成了一层电荷载流子。正负电荷层彼此相对，这就是该层也称为电化学双层的原因。根据化学教科书，施加电压时会发生以下情况：

这张简单的图片解释了电池的工作原理。在目前的工作中，来自波鸿、伯克利和巴黎的研究人员在分子水平上研究了它是否也正确。他们还检查了交替施加负电压或正电压时该过程是否相同。

过程中观察困难

在施加电压的同时观察分子水平的化学过程是一项特殊的实验挑战。这正是科学家们在目前的太赫兹光谱研究中成功完成的，他们将其与模拟相结合。为此，研究人员研究了在巴黎 SOLEIL 同步加速器的金表面附近的 NaCl 溶液中形成的电化学双层。

太赫兹光谱可以实时跟踪水化壳的剥离。研究人员还首次展示了带电金表面的水网络是如何变化的。这对于了解过程中总能量如何变化至关重要。RESOLV 的发言人 Martina Havenith 教授总结道：“对于正电荷和负电荷，这个过程的运行方式不同，这让我们感到惊讶。”

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