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《物理评论快报》:溶剂化作用揭示新驱动原理,可用于电化学电池产业

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一个美韩联合团队展示了一种新的驱动原理——将电能转化为运动。这种驱动机制是基于溶剂化作用(solvation),即溶液中溶质和溶剂分子之间的相互作用。

研究成果已发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

这种现象在水里特别重要,因为水的分子是极性的:氧比氢更能吸引电子,所以氧带轻微负电荷,氢带轻微正电荷。因此,水分子被溶液中的带电离子所吸引,在其周围形成壳层。

这种微观现象在溶液性质和基本的生物过程(如蛋白质折叠)中起着关键作用,但在此研究之前,没有证据表明溶剂化的潜在宏观力学后果。

该团队提出可以利用溶剂化作用在材料中产生宏观变形。团队使用离聚物膜,这是一种独特的聚合物材料,负电荷在其中不能移动。正离子很容易进入这些膜,而负离子则被排斥。为了演示驱动,将离聚物膜浸入两个电极之间的水和盐的溶液中,在电极间施加电压会导致薄膜弯曲。

根据团队开发的模型,电压导致正离子流向负电极。这些离子从一侧进入膜中,同时进入溶剂化壳层中的水分子。在膜的另一边,正离子及其溶剂化壳被拖到外面。膜的反应就像海绵一样:充满水的一面膨胀,而水少的一面收缩。这种不同的膨胀导致了膜的宏观弯曲。

溶剂化宏观力学结果的发现为膜的进一步研究铺平了道路,该小组希望该发现在电化学电池(电池、燃料电池和电解槽)领域得到应用。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.046001


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