用于分离复杂电化学界面的精确控制！

来源：天文物理

太平洋西北国家实验室(PNNL)分离科学项目的研究人员成功地将一种被称为离子软着陆的高度可控表面修饰方法与PNNL设计并建造的电化学电池结合起来，实现了对复杂界面化学成分的精确控制。一旦实现，就可以对电极进行原子对原子的改变，以研究其对性能和稳定性的影响。这些实验，结合西班牙合作者的理论计算，发表在《ACS Nano》张，论文标题是“使用氧化还原物质的原子对原子金属取代来控制电化学界面的活性和稳定性。研究发现，在复杂的金属原子簇中，钼原子仅取代一至三个钨原子，就能显著改善钨原子的电子行为。

博科园：从而控制了这些物种接受电子用于分离的效率。在用于分离的电化学装置中，界面是复杂的。当电活性离子、溶剂分子和支持电解质相互作用、在电荷转移过程中交换电子和质量时，会同时发生许多事情。为了理解这些过程，有必要解耦电极上不同的电荷转移和离子相互作用。

在这项研究中，研究人员做到了这一点，并进一步通过在原子水平上调整电极来控制这一过程。从实验和理论计算中获得的原子精确见解，使我们能够利用超活性阴离子开发出高效的电化学界面。这项研究的主要作者PNNL化学家Venkateshkumar Prabhakaran说：

而这是用传统取样非均质混合物技术无法识别是。这种方法可以广泛应用于研究其他相关技术中的电化学界面，这可能有助于美国未来在化学分离、能源生产和存储方面的需求。研究人员目前正在研究如何利用定义良好的电极，精确控制阴离子和膜层，来调节溶液中不同离子的分离效率。在理解分子级电化学界面方面获得的基本见解，可以作为设计用于分离，甚至在设备规模上用于储能的高级电极基础。了解电化学活性离子在操作电极-电解质界面(EEI)上的分子水平特性是合理开发高性能纳米结构表面用于能源技术的关键。

研究采用离子软着陆电化学电池，研究了“原子对原子”金属取代对纳米结构离子液体EEI中定义明确的氧化还原活性阴离子PMoxW12-xO403 - (x = 0、1、2、3、6、9或12)活性和稳定性的影响。通过现场电化学测量和进一步的理论计算，一个引人注目的观察结果是，在PW12O403 -阴离子中，钼原子只取代了一到三个钨原子，导致它们的第一个还原电位大幅上升。具体来说，PMo3W9O403 -在原位电化学测量和作为功能氧化还原超级电容器装置的一部分

显示了最高的氧化还原活性，使它成为一个“超活性氧化还原阴离子”相比，所有其他PMoxW12-xO403 。电子结构计算表明，PMoxW12-xO403 -中的金属取代使最低未占据分子轨道(LUMO)局部突出，使其成为还原阴离子的“活性位点”。几个关键因素促成了氧化还原活性的观察趋势，包括(i)多个异构结构在室温下填充，影响实验确定的还原电位。研究结果表明，通过理解具有“原子对原子”精度特定电活性物质的分子级电子特性，可以在功能纳米级器件中实现技术相关的EEIs的优越性能。

博科园｜研究/来自: 环境分子科学实验室

参考期刊《ACS Nano》

DOI: 10.1021/acsnano.8b06813