Исследователи изучают способность накопления энергии на границе раздела вода-металлическая поверхность

Исследователи провели измерения напряжения и силы тока на отдельных наночастицах. В результате они определили, что ёмкостной заряд на границе раздела воды и платины существенно выше, чем считалось ранее. Учёные объясняют это особым соединением и расположением молекул воды. Граница между водой и металлической поверхностью является локальной областью, где происходят важные энергетические процессы. В частности, это расщепление воды. Сейчас довольно мало информации об изменениях и структуре процессов происходящих в этой области. Учёные решили восполнить эти пробелы.

Получается подобие пластинчатого конденсатора, при котором на границе раздела образуется наноскопическое разделение зарядов. Там накапливается энергия, которая может быть высвобождена позже. Как говорят специалисты, процессы в ходе протекания которых меняется молекулярная структура двойного электрохимического слоя, имеют отношение к различным «зеленым» технологиям. Например, к топливным элементом и суперконденсаторам.

Исследование проводилось на уровне наночастиц, которые в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса. При этом обеспечивается хорошие условия для проведения эксперимента, благодаря выгодному соотношению объёма и площади поверхности. Как говорит один из авторов исследования, Кристина Чулик (Kristina Tschulik), для отслеживания ёмкости и процессов перестройки в электрохимическом двойном слое наночастиц золота и платины важно было разработать методику, с помощью которой можно проводить измерения точных разрядных токов на отдельных наночастицах в растворе. Иначе невозможно было бы отличить эффекты, происходящие в двойной электрохимическом слое, от эффектов, которые вызываются взаимодействием соседних наночастиц. На стандартном электроде соседних наночастиц миллиарды.

Доктор Махназ Азимзаде Сани (Mahnaz Azimzadeh Sani) использовал для проведения исследования дисперсии коллоидных наночастиц. В них наночастицы отделяются друг от друга в водном растворе, где они время от времени случайным образом ударяют по смещенному микроэлектроду.

Компьютерное моделирование молекулярной динамики этого процесса было проведено исследователями из Ruhr-University Bochum, Университета Париж-Сакле и Университета Сорбонны. Им удалось интерпретировать различия и сходства в измеренных показателях ёмкостных токов различных типов наночастиц в исследуемой дисперсии. Были обнаружены неожиданно высокие ёмкости. Ученые объясняют это повышенным скоплением растворенных ионов в областях между плотным слоем воды, который связан с платиной, и соседним слоем воды с другой структурой.

Джулия Линнеманн, который является руководителем группы на кафедре Чулик, объясняет это тем, что молекулы отрываются от поверхности металла, когда к ним прикладывается более высокая отрицательное напряжение. В будущем специалисты из Ruhr-University Bochum планируют выяснить, отличается ли структура двойного слоя на больших электродах, которые состоят из множества наночастиц. Это позволит им сделать выводы о пригодности обнаруженного явления для коммерческого применения. Результат проведённого исследования и выводы можно посмотреть здесь.