Multi-vanadium substituted polyoxometalates as efficient electrocatalysts for the oxidation of l-cysteine at low potential on glassy carbon electrodes
研究了Dawson型钒配合物[As_2 W_（18）（VO）_3 O_（66）]_（11-）在pH = 7介质中的电化学行为，并与[P_2V_2W_（16）O_（62）]_（8-）（P_2V_2W_（16）），[P_2MoV_2W_（15）O_（62）]_（8-）（P_2MoV_2W_（15））和[P_2V_3W_（15）O_（62）]_（9-）（P_2V_3W_（15））的电化学行为进行了比较。电化学研究表明，该POM含有2个VIV中心和1个VV中心，其化学式为As_2V_2IVVW_（18），与滴定、元素分析和磁性测量结果一致。所有的多金属氧酸盐都能有效地氧化L-半胱氨酸。与单钒取代的POM的结果的比较表明，钒原子在POM骨架中的积累是有益的电催化过程。此外，本工作强调了POM结构在L-半胱氨酸电催化氧化中的重要影响。这项工作的显着成果是，L-半胱氨酸的氧化在选定的POM的存在下的潜力已基本上驱动在负方向相比，单独的玻璃碳的情况下，这是与更快的动力学的特征。还必须指出系统的稳定性。
2006-08-08 physics.chem-ph
Machine Learning Accelerated Computational Surface-Specific Vibrational Spectroscopy Reveals Oxidation Level of Graphene in Contact with Water
State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, iChEM, College of Chemistry and Chemical Engineering, Discipline of Intelligent Instrument and Equipment, Xiamen University（厦门大学化学化工学院物理化学固体表面国家重点实验室）；Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University（厦门大学彭唐沙微纳科学技术研究院）；Institute of Artificial Intelligence, Xiamen University（厦门大学人工智能研究院）
本研究利用机器学习和第一性原理计算揭示石墨烯氧化对界面水结构的影响，通过振动光谱变化表征氧化程度，为催化和电化学领域提供新的研究视角。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Selective electrochemical generation of hydrogen peroxide from water oxidation
水是生命之源，是人类生存的根本，但仍有10亿多人无法获得清洁饮用水。目前的水处理技术（例如管道水、处理水）依赖于时间和资源密集型的集中解决方案。在这项工作中，我们提出了一个分散的设备的概念，可以利用阳光分解水为氢和过氧化氢。过氧化氢可以氧化有机物，同时氢气冒泡。在实现该装置时，我们需要一种电催化剂，该电催化剂可以氧化水，同时抑制有害的氧析出并形成过氧化氢。使用密度泛函理论计算，我们表明，吸附的OH $^*$的自由能可以被用作一个描述符，以筛选之间的选择性趋势的2E $^-$水氧化H $_2$ O $_2$和4 E $^-$氧化O $_2$。我们表明，结合氧中间体足够弱的材料，如SnO $_2$，可以激活过氧化氢的演变。我们提出了一个合理的设计原则，在电化学水氧化的选择性，并确定新材料候选人，可以执行H $_2$ O $_2$进化选择性。
2015-09-24 physics.chem-ph
Water Oxidation and Hydrogen Evolution with Organic Photooxidants: A Theoretical Perspective
在这个角度来看，我们讨论了一种新的水裂解的情况下，即水分子的直接氧化的有机光氧化剂的氢键发色团-水复合物。与现有的基于质子交换膜的水裂解方案相比，电子转移过程的距离由此从介观尺度减小到了飞秒尺度，时间尺度从毫秒减小到了飞秒，这抑制了竞争性损失过程。这个概念说明了计算研究的heptazine-H2O复杂。该配合物的激发态景观的特点与从头计算电子结构方法和质子耦合的电子转移动力学已探索与非绝热动力学模拟。七嗪发色团的一个独特特征是存在一个低位和异常长寿命的1ππ* 态，其中大部分光子能量可以存储数百纳秒，并可用于水分子的氧化。计算结果表明，七嗪发色团的吸收光谱和光化学官能团可以通过化学取代进行系统的调整。的选择收获氢和OH自由基的高反应性所带来的问题进行了讨论。
2022-03-14 physics.chem-ph
Theory of water desalination by porous electrodes with fixed chemical charge
通过电容去离子（CDI）的水脱盐通过由两个多孔碳电极组成的电化学电池进行。在将电荷从一个电极转移到另一个电极时，离子通过电吸附到多孔碳的微孔内的双电层（EDL）中而从给水中去除。当使用在微孔中含有固定化学电荷的电极时，已经进行了各种违反直觉的观察，例如“反向CDI”，其中在充电时，离子从电极释放，并且给水仅在电池放电时脱盐。我们建立了一个包括化学电荷的EDL模型，解释了这些观察结果，并预测了CDI增强脱盐的工作范围。
2015-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Probing Water-Electrified Electrode interfaces: Insights from Au and Pd
本文结合DFT与NEGF方法研究Au(111)和Pd(111)电极上吸附水在偏置下的响应，发现两者结构响应定性相似但定量差异显著，强调量子力学建模对电化学界面的必要性。
2024-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Empirical Analysis of the Photoelectrochemical Impedance Response of Hematite Photoanodes for Water Photo-Oxidation
光电化学阻抗谱（PEIS）是表征太阳能水裂解光电极的有用工具。然而，PEIS光谱的分析往往涉及先验假设，这可能会使结果产生偏差。这项工作提出了一种经验的方法，分析弛豫时间（DRT）的分布，直接从测量的PEIS光谱的模型赤铁矿光阳极。通过遵循DRT如何作为控制参数的函数（例如所施加的电势和电解质溶液的组成）而演变，我们获得了对形成光电流的潜在机制的无偏见的见解。在随后的步骤中，我们将数据拟合到面向过程的等效电路模型（ECM）中，该模型的组成来自第一步中的DRT分析。这就产生了所观察到的主导极化过程的一致的定量趋势。我们的观察揭示了水和H2O2在碱性溶液中的光氧化反应的共同步骤
2020-12-08 physics.chem-ph
Water oxidation versus hydroxylation by the terminal oxo center of the Fe(III)-hydroxide: DFT predictions
O-O耦合过程被认为是在末端单配位氧代中心的γ FeOOH氢氧化物模拟的铁四聚体立方烷簇与Fe 4 O 4核心。密度泛函理论预测氢氧化物通过第二次质子-电子对退离形成的反应性HO-Fe（IV）-O $\bullet$基团能够以低势垒耦合水分子的OH部分。这一过程远比直接耦合氧中心对相邻的金属网站，是可比的终端氧中心和三配位晶格氧中心之间的耦合。氧氧基氧羟基化形成羟基的竞争过程同样可能具有类似的势垒。
2018-10-15 physics.chem-ph
Reactive molecular dynamics approach to PFAS plasma oxidation in water
提出基于ReaxFF的反应性分子动力学方案，在温度斜坡下模拟水中PFAS被羟基自由基降解，并识别PFOA与PFOS的反应路径及产物。
2025-07-24 physics.chem-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Resist the surface field: the H-bond network decides if water aligns at metal electrodes
本研究通过理论和实验证明，金属表面诱导的有序化驱动力阻碍水分子沿电场排列，并提出基于氢键网络与表面电场平衡的模型，调和了传统观点与新观测。
2025-06-23 physics.chem-ph
The nanoscale structure of the Pt-water double layer under bias revealed
带电界面处双层内的纳米级质量和电荷分布在与能量生产和转换具有巨大技术相关性的电化学现象中起着关键作用。然而，尽管它的重要性，双电层的纳米级结构和它对外加电位的响应仍然几乎完全未知，即使是Pt-水，最基本的电化学界面。使用一般的从头算方法，推进以前的模型对一个动态的和更现实的描述电极/电解质界面，我们第一次模拟的纳米级结构的Pt-水双层和它的响应所施加的电位，在现实的溶液条件。我们发现，纳米级的金属/表面结构和充电不被传统的电容器模型捕获，因为电极极化与双电层内的电荷振荡和与电极接触的水层的致密化相关，这两者都强烈依赖于所施加的电势。此外，我们表明，界面偶极子是不是由第一个水层与电极接触的重定向，但其充电状态结合其数密度，而水的重定向成为相关的第二水层。我们的研究结果将是必不可少的开发高度现实的模型在Pt-水界面的催化过程。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nickel Hexacyanoferrate Electrodes for Continuous Cation Intercalation Desalination of Brackish Water
使用含有六氰合铁酸镍（NiHCF）纳米粒子的多孔电极，我们构建和测试一个装置中的两个流动通道的设备，其中嵌入电极是在与阴离子交换膜直接接触的电容去离子。当NiHCF带负电时，阳离子嵌入其中，并且其附近的水被脱盐;同时，当该电极中的NiHCF带正电时，相对电极中的水变得更加含盐。在充电和放电的循环过程中，连续地产生甜水，与所施加的电流的方向同步地在两个通道之间交替。我们提出了这种技术的原理验证实验单盐溶液，在那里我们分析了各种水平的电流和周期持续时间。分析了除盐率和能耗。在脱盐实验与盐的混合物中，我们发现了三倍的增强K $^+$在Na $^+$ -吸附，这表明了潜在的NiHCF嵌入电极的选择性离子分离的混合离子溶液。
2020-03-26 physics.chem-ph
Manganese oxide-functionalized graphene sponge electrodes for electrochemical chlorine-free disinfection of tap water
本研究提出氧化锰功能化石墨烯海绵电极，通过氨基掺杂增强稳定性与催化性能，在低能耗下实现对自来水中大肠杆菌的高效无氯电化学消毒，并揭示储存温度与赝电容的协同灭活作用。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Experimentally Probing 'Hydrophobic' Water at the Gold Electrode/Aqueous Interface
在水相电化学反应机理的定量描述，需要在电极/水界面的局部水结构的实验表征及其随电位变化的演变。在电化学条件下通过实验获得这样的洞察力是一项艰巨的任务。在这里，我们的特点是潜在的依赖结构的一个亚群体的界面水，有一个OH基团指向金工作电极，使用界面特定的振动光谱在薄膜电化学电池。这种“游离-OH”基团是可观察到的扩展疏水界面的分子水平。这种“自由-OH”在所有电位下仅与Au表面弱相互作用，具有当接近零电荷电位时变窄的取向分布，并且在金电极的氧化上消失。
2017-11-04 physics.chem-ph
Surface-specific vibrational spectroscopy of interfacial water reveals large pH change near graphene electrode at low current densities
在埋电极界面处对界面水的分子水平的洞察对于阐明电化学的许多现象是必不可少的，但是埋界面的光谱探测仍然具有挑战性。在这里，使用表面特定的振动光谱，我们探测和识别的界面水的取向和界面电场在氟化钙（CaF 2）支撑的带电石墨烯/水界面下施加的电位。我们的数据表明，水的取向在负电位（<-0.03V vs. Pd/H2）下急剧变化，从向下指向本体溶液的O-H基团到远离本体溶液的向上指向，这不是由石墨烯而是由CaF 2基底的充电/放电引起的。电位依赖性光谱与pH依赖性光谱几乎相同，证明即使在低于1微安/平方厘米的电流密度下，施加的电位也会改变石墨烯电极附近的局部pH（超过5个pH单位）。我们的工作提供了分子水平的见解，电极/电解质界面上的界面水的解离和重组。
2022-10-05 physics.chem-ph
Bias-dependent local structure of water molecule at a metallic interface
了解水在金属电极界面上的局部结构是水基电化学中的一个关键问题。然而，这种设置的真实模拟是具有挑战性的，特别是当电极保持在不同的电位时。为了正确计算施加到真正的半无限表面的外部偏置电位的影响，我们结合密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）方法。该框架允许力和动力学的非平衡计算，并且直接与电极的化学势相关，这是实验引入的化学势。在这项工作中，我们应用这种方法来研究一个水分子在金表面的界面上的电子性质和原子力。我们发现，水分子倾向于调整其偶极矩与电场，它是排斥或吸引的金属取决于所施加的偏压的符号和大小，在一个不对称的方式。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ubiquitous preferential water adsorption to electrodes in water/1-propanol mixtures detected by electrochemical impedance spectroscopy
本文通过电化学阻抗谱研究铝电极在水/1-丙醇混合电解质中的双电层电容，发现电容主要由电极表面亲水性导致的水优先吸附决定，且该现象普遍存在并与电解质类型和浓度无关。
2023-08-13 cond-mat.soft physics.chem-ph
Integral equation theory for the electrode-electrolyte interface with the central force water model. Results for an aqueous solution of sodium chloride
用积分方程方法研究了氯化钠水溶液在平面电极上的结构。与中心力水模型的含水电解质被建模为钠离子和氯离子和部分带电的氢原子和氧原子通过有效的球对称对电位相互作用的混合物。体关联函数由Ornstein-Zernike方程得到。用Wertheim-Lovett-Mou-Buff方程计算了不带电和带电电极上的密度分布。不同尺寸的离子和电极附近的冰状水结构之间的空间相互作用主导离子分布。这种模型电解质对电极上的相反电荷也有不同的反应。
1995-01-25 chem-ph physics.chem-ph
Sulfate Radical Oxidation of Aromatic Contaminants: A Detailed Assessment of Density Functional Theory and High-Level Quantum Chemical Methods
利用高氧化性自由基的高级氧化工艺广泛应用于水回用处理中。近年来，硫酸根（SO $_4\cdot^-$）作为一种有前途的水处理氧化剂的应用越来越受到人们的关注。为了了解SO $_4\cdot^-$降解废水中有机污染物的效率，重要的是能够预测各种SO $_4\cdot^-$驱动的氧化反应的反应动力学。本研究利用密度泛函理论（DFT）和高水平的波函数方法（包括计算密集的耦合团簇方法），探讨了SO $_4\cdot^-$驱动的苯衍生污染物氧化反应的活化能和动力学速率.这些高级计算涵盖了广泛的反应，包括110个正向/反向反应和5种不同的计算方法。基于高水平耦合团簇量子计算，我们发现流行的M06-2X DFT泛函对HO加成反应的计算精度明显高于SO $_4\cdot^-$反应.最重要的是，我们强调了其他计算方法的一些局限性和不足，我们建议使用高级量子计算来抽查可能位于M06-2X泛函训练集之外的环境化学反应，特别是涉及SO $_4\cdot^-$和其他无机物质的水氧化反应。
2018-03-03 physics.atm-clus physics.chem-ph
Surface plasmons on a Au waveguide electrode open new redox channels associated with the transfer of energetic carriers
等离子体催化对于打开热不可接近的新反应途径或提高化学过程的效率具有重要的前景。然而，在区分光热效应与由于在包括等离子体结构的金属中激发的高能电子和/或空穴的效应方面仍然存在挑战。在这里，我们使用的Au条形波导沿表面等离子体激元（SPPs）传播，同时作为工作电极在3电极电化学电池。在SPP激发下获得了循环伏安图，其为入射光功率和波长~ 1350 nm的函数，通过分别研究氧化和还原反应，能够将涉及高能空穴的过程与涉及高能电子的过程分开。在SPP激发下，氧化还原电流密度增加10倍。氧化、还原和平衡电位下降多达2倍，并且分裂超过与光子能量相关的SPP功率的明确阈值。在SPP激发下的工作电极的温度被监测在原位和独立的控制实验隔离热效应。计时电流法测量与开关调制的SPP在600 Hz，产生一个扩散限制的快速电流响应调制在相同的频率，排除热增强的质量传递。我们的观察是由于开放的光学控制的非平衡氧化还原通道与高能载流子转移到氧化还原物种。
2021-11-05 physics.chem-ph physics.optics
Alkaline CO electro-oxidation: Mechanistic Differences between Copper and Gold Single Crystals and Peculiarities of various Copper Facets
理解CO电氧化对于设计用于电化学氧化复杂有机分子的催化剂至关重要。地球上丰富的铜（Cu）最近被证明具有高的碱性CO电氧化活性，可与先前广受赞誉的金（Au）相媲美。在这里，我们结合单晶旋转圆盘电极（RDE）实验和从头计算微动力学模型来了解铜和金表面上的潜在反应机制。Cu（111）具有比Au（111）低0.27 V的过电位和相当的CO氧化电流密度，表现出小面依赖的活性。使用Koutecky-Levich分析和DFT为基础的微观动力学建模，我们确定的限速途径是朗缪尔-欣谢尔伍德铜，而Eley-Rideal金。此外，我们还提出了四个Cu面（111，100，110和211）的显着变化的RDE响应和Cu（111）和Au（111）的长期稳定性分析。我们发现一个组合的复位反应配置文件有助于铜保持其高活性，并构成了强大的竞争，昂贵的金催化剂。
2021-10-18 physics.chem-ph
A one-dimensional model for water desalination by flow-through electrode capacitive deionization
电容去离子（CDI）是一种快速发展的水脱盐技术，其中多孔碳电极上约1 V的小电池电压通过电吸附从给水中去除盐。在流通电极（FTE）CDI电解槽结构中，给水通过多孔电极中的大孔或激光穿孔通道泵送，从而实现具有平行流和电场的高度紧凑的电解槽，以及快速除盐。在这里，我们提出了一个一维模型，描述水脱盐的FTE CDI，并从一个定制的实验单元的数据进行比较。该模型采用简单的细胞边界条件通过缩放参数。我们表现出良好的模型到数据拟合与合理的值拟合参数，如斯特恩层电容，体积，和吸引力的能量。因此，我们证明，从工程建模的角度来看，FTE CDI电池可以用更简单的一维模型来描述，不像更典型的电极之间的流动结构，其中需要2D模型。
2017-01-28 cs.CE physics.chem-ph
Wien effect in interfacial water dissociation through proton-permeable graphene electrodes
强电场可以加速分子解离反应。这种被称为维恩效应的现象以前是用高压电解池观察到的，电解池产生的电场约为10^7 V m-1，足以加速弱结合分子的解离（例如，有机物和弱电解质）。对于水离解的常见情况（H2O = H+ + OH-）的维恩效应的观察仍然是难以捉摸的。在这里，我们研究了质子可渗透石墨烯电极附近界面水的解离，并观察到在达到10^8 V m-1以上的电场中反应的强烈加速。石墨烯电极的使用允许测量仅由界面水的解离产生的质子电流，而驱动反应的电场通过由相同场在石墨烯中诱导的载流子密度来监测。所观察到的质子电流的指数增加与Onsager的理论定量一致。我们的研究结果还表明，石墨烯电极可以是有价值的各种界面现象，涉及质子输运的调查。
2022-08-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Water exchange at a hydrated platinum electrode is rare and collective
我们使用分子动力学模拟来研究水分子在模型金属电极表面上的交换动力学--本体液体中的水分子和与金属结合的水分子之间的交换。这个过程是一个罕见的事件，与结合水的平均停留时间约为40纳秒的模型，我们认为。借助稀有事件取样技术的分析，我们展示了这种交换或解吸是如何通过（1）结合水分子吸附层内的氢键网络的重组和（2）吸附层附近的散装液体的界面密度波动来控制的。我们定义集体坐标描述的解吸机制。与单个事件相关的空间和时间相关性延伸到纳米和数十皮秒。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Theory of water desalination with intercalation materials
我们提出了多孔电极理论的电容去离子（CDI）与电极含有纳米粒子，由氧化还原活性嵌入材料。脱盐电池的几何形状被认为是由两个多孔电极，两个流动通道和阴离子交换膜，我们使用能斯特-普朗克理论来描述在所有这些层中的水相中的离子输运。被认为是一个单盐溶液，具有不等的阴离子和阳离子的扩散系数。与先前的CDI和电渗析模型类似，我们通过假设水的流动以及因此离子的平流在电极中为零并且在流动通道中仅发生在沿着电极和膜的方向上来求解动态二维方程。在所有层中，仅考虑垂直于水流方向的扩散和迁移。忽略了纳米颗粒内的电子和离子传输限制，而是使用Frumkin等温线（或规则溶液模型）来描述纳米颗粒和相邻电解质之间的阳离子的局部化学平衡，作为电极电位的函数。我们的模型描述了嵌入电极的CDI过程的关键参数的动力学，如流出物盐浓度，嵌入离子的分布，电池电压和能量消耗。
2019-12-21 physics.chem-ph
How and why electrostatic charge of combustible nanoparticles can radically change the mechanism and rate of their oxidation in humid atmosphere
由于电荷-偶极相互作用，带静电的气溶胶纳米颗粒强烈吸引周围的极性气体分子。在潮湿的空气中，周围的水蒸气分子朝向带电的可燃纳米颗粒的大量静电吸引和加速导致这些纳米颗粒被加速的水蒸气分子而不是非极性氧分子强烈静电水合和优先氧化。特别地，通过在水蒸气分子的平均自由程距最小带电铁金属纳米颗粒的距离处包围水蒸气分子而获得的静电加速可以使这些极性分子相对于纳米颗粒的氧化活性增加一百万倍。带电金属纳米颗粒的强烈静电水合将纳米颗粒的基于氧化物的壳转化为基于氢氧化物的电解质壳，将这些纳米颗粒转化为金属/空气核-壳纳米电池，通过颗粒内场和电子电子发射周期性地短路。数万亿纳米粒子-纳米电池内的部分同步击穿将带电纳米粒子-纳米电池-球形闪电-变成强大的射频气溶胶发生器。带电可燃纳米颗粒的静电水合和电荷催化氧化也有助于纳米颗粒表面附近的可燃气体的演化和周期性自燃的自振荡热循环过程。所描述的效果可能是感兴趣的某些纳米工艺的改进和更好地理解球闪电现象。
2010-08-01 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.plasm-ph
Nitrate removal from water using electrostatic regeneration of functionalized adsorbent
硝酸盐是世界范围内饮用水中的重要污染物，并且存在许多用于从水中去除硝酸盐的方法，包括离子交换和反渗透。然而，这些方法存在各种缺点，包括需要供应和处理用于离子交换再生的盐水，以及反渗透的水回收率低。在这里，我们证明了使用高表面积活性炭电极功能化的部分具有高亲和力的硝酸盐从水溶液中的吸附，如那些用于离子交换。具有季胺离子基团的表面活性剂分子吸附到活性炭表面上提供了表面的官能化，而没有复杂的化学反应。功能化电极具有每克活性炭材料约80 mg NaNO $_3$的吸附容量。与传统的离子交换剂不同，官能化表面可以通过施加静电势重复再生，该静电势置换结合的NO $_3^-$，同时在电极上留下过量的电子电荷。该电池由惰性反电极完成，其中法拉第反应在再生期间发生。在电再生之后，可获得高达约40%的电极初始容量。
2017-06-17 physics.chem-ph
The effect of surface transport on water desalination by porous electrodes undergoing capacitive charging
电容去离子（CDI）是一种通过离子电吸附到带电多孔电极的双电层（EDLs）中来脱盐的技术。近年来，在模拟CDI电池中的电荷和盐动力学方面取得了重大进展，但尚未研究扩散EDLs内的表面输运对这些动力学的可能影响。我们在这里提出的理论，其中包括在描述的动态充电CDI细胞的表面运输。通过对模型的数值求解，阐明了表面输运对CDI过程的可能影响。虽然在某些模型条件下，表面传输提高了CDI电池充电的速率，但与直觉相反，发现这种额外的传输途径在其他模型条件下减慢了电池充电。
2016-07-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
An Atomic-Scale View of CO and H2 Oxidation on a Pt-Fe3O4 Model Catalyst
金属-载体相互作用经常被用来解释分散在可还原的金属氧化物载体上的金属纳米颗粒的增强的催化活性，但原子尺度的机制很少有人知道。在这里，我们使用扫描隧道显微镜研究Pt 1 -6/Fe 3 O 4模型催化剂暴露于CO，H2，O2，及其混合物，在550 K。CO在簇周边提取晶格氧以形成CO2，在金属氧化物表面产生大孔。H2和O2在金属簇上解离并溢出到载体上。前者产生表面羟基，其与载体反应以解吸水，而原子氧与本体中的Fe反应以产生新的Fe 3 O 4（001）岛。铂的存在是至关重要的，因为它催化已经发生在裸露的氧化铁表面上的反应，但在更高的温度下。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoscale heterogeneity at the aqueous electrolyte-electrode interface
使用分子动力学模拟，我们揭示了紧急性质的水合电极界面，而分子的起源是不可分割的系统的行为跨越长时间尺度和大的长度尺度。具体来说，我们描述了一个无序的和缓慢发展的吸附层的水的分子结构和动力学的电解质溶液相邻的它的影响。一般来说，我们发现，水和溶解的离子的密度和迁移率是空间上的异质性在平行于电极的平面超过纳秒的时间尺度。这些和其他最近的结果进行了分析，从表面科学和电化学的实验文献的背景下。我们推测这一新兴的微观图片的影响，对水合电极的催化能力，在纳米多相催化的研究提供了一个新的方向。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Photo-accelerated water dissociation across one-atom-thick electrodes
最近的实验表明，界面水解离（H2O = H+ + OH-）可以通过施加到石墨烯电极的电场以指数方式加速，这是一种与Wien效应相关的现象。在这里，我们报告了可见光照射下的界面水解离反应的数量级加速。这个过程伴随着质子和氢氧离子在单原子厚的石墨烯上的空间分离，并通过强界面电场增强。所发现的光效应归因于石墨烯相对于质子的完美选择性的组合，其防止质子-氢氧化物复合，并且归因于通过维恩效应的质子传输加速，其与水解离反应同步发生。我们的研究结果提供了原子薄质子选择性界面附近的离子动力学的基本见解，并表明强界面场可以增强和调节非常快的离子过程，这与光催化和设计可重构材料的应用有关。
2022-10-31 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Adding salt to expand voltage window of humid ionic liquids
广泛用作电解质的湿疏水性离子液体由于其吸附在电极表面的水参与电解而使电化学窗口变窄。在这项工作中，我们进行了分子动力学模拟，探讨在潮湿的离子液体中添加锂盐对电极表面吸附的水的影响。结果表明，盐的加入使大部分水分子被推离阴极和阳极。残留在电极上的水几乎与Li+结合，其具有显著降低的活性。Li+键合和表面吸附水的重排都有助于抑制水电解，从而防止潮湿疏水离子液体电化学窗口的降低。这一发现证明了循环伏安法测量盐在潮湿的离子液体表现出增强的电化学窗口。我们的工作提供了潜在的机制和一个简单而实用的方法来保护潮湿的离子液体的性能下降。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Ab initio study of water dissociation on a charged Pd(111) surface
分子和电极表面之间的相互作用在电化学过程中起着关键作用，并且是实验和理论上广泛研究的主题。在这篇手稿中，我们解决了水的解离反应的Pd（111）电极表面，模拟为嵌入在外部电场的平板。我们的目标是解开表面电荷和零点能之间的关系，在帮助或阻碍这一反应。我们用色散校正的密度泛函理论和一种有效的平行实现的轻推弹性带方法计算了能垒。我们发现，最低的解离势垒，因此最高的反应速率，发生在外地达到的强度，其中两个不同的几何形状的水分子在反应物状态是同样稳定的。另一方面，尽管反应物状态发生了显著变化，但零点能对该反应的贡献在宽范围的电场强度内几乎保持恒定。有趣的是，我们表明，应用电场，诱导表面上的负电荷可以使核隧穿更显着的这些反应。
2023-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
New water oxidation mechanism in Photosystem II resolves major experimental controversies
Purdue University（普渡大学）
光系统II中的新水氧化机制通过动态氢键和Mn1配位揭示O-O键形成过程，解决了实验与计算模型间的争议。
2026-01-09 physics.chem-ph q-bio.BM
Photoelectrochemical water splitting with ITO/WO3/BiVO4/CoPi multishell nanotubes fabricated by soft-templating in vacuum
水的光电化学（PEC）分解的一个完善的程序依赖于使用多孔电极的WO 3敏化BiVO 4作为可见光清除剂光电阳极半导体。在这项工作中，我们提出了一个演变的光电极制造的软模板的方法组成的支持多壳层纳米管（NTs）。这些NT由氧化铟锡（ITO）、WO 3和BiVO 4的同心层状结构以及磷酸钴（CoPi）助催化剂的最终膜形成。光电极制造容易大规模实施，并结合了单晶有机纳米线（ONW）的热蒸发，磁控溅射（ITO和WO 3），溶液滴落和电化学沉积工艺（分别用于BiVO 4和CoPi）加上温和条件下的退火。所获得的NT电极描绘了一个大的电化学活性表面和超过一个数量级的等效平面分层电极的效率。一个彻底的电化学分析的电极下的蓝色和太阳光照明演示的关键作用的WO 3/BiVO 4肖特基势垒异质结的NT电极的效率和它的依赖于BiVO 4外层厚度的控制。用CoPi电催化剂使析氧反应（OER）性能最大化，在一个太阳照射下产生高光电流。报道的结果表明，高效率的多壳层ITO/WO 3/BiVO 4/CoPi NT电极，或其他替代组合，用于水的光电化学裂解的大面积制造的软模板方法的潜力。
2022-11-21 physics.chem-ph
Solar water splitting: efficiency discussion
介绍了光电化学电池（PEC）中直接水裂解的最新技术进展，并给出了一个使用最有效的水裂解电极的简单太阳能电池进行水裂解的案例研究和详细的机理分析。详细分析了太阳能制氢的能量平衡和效率。新揭示了过氧化氢形成作为析氧反应中间体的作用，并解释了为什么在实验预期的1.23 V电位下不发生析氧。太阳能制氢的电到氢的转换效率为52%，使用一个简单的~0.7%的效率的n-Si/Ni肖特基太阳能电池连接到水电解池。该案例研究表明，太阳能收集和电解过程的分离避免了光电极腐蚀，并利用最佳电极进行氢气和氧气析出反应，并利用标准的18%效率的家用屋顶硅太阳能电池实现了约10%的光氢转换效率。
2016-04-05 physics.chem-ph
Study of a water-graphene capacitor with molecular density functional theory
电化学器件的大部分性能是由发生在溶液-电极界面的分子过程控制的，分子模拟是研究这些过程的主要方法。水性电化学系统经常使用经典的DFT进行研究，但由于近似值太粗糙，因此认为系统描述是现实的。我们使用分子DFT研究了石墨烯电极和液态水之间的界面在不同的施加电压下，通过以下关键点改进了现有技术：1）电极具有现实的原子分辨率，2）在固定施加的电势差下进行经典DFT计算，3）通过分子模型描述水。这允许揭示在石墨烯界面处吸附的水的结构改性和当施加电压时水介电常数的演变。该器件的电容计算值与分子动力学模拟结果一致。这证明了分子DFT在分子水平上研究电化学系统的相关性。
2019-06-27 physics.chem-ph
Role of electrodes in study of hydrovoltaic effects
本研究探讨电极化学反应对蒸发诱导水伏效应的影响，发现活性金属电极会显著扭曲装置性能，建议使用Au、Pt等惰性电极以促进技术长期发展。
2023-04-07 physics.chem-ph
Embedded, micro-interdigitated flow fields in high areal-loading intercalation electrodes towards seawater desalination and beyond
本文提出在高面负载NiHCF嵌入电极中激光加工嵌入式微叉指流场eμ-IDFFs，在降低泵送损失的同时显著提升FDI处理苦咸水、海水和高盐卤水的除盐能力与热力学能效。
2023-06-08 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Theoretical evaluation of electrochemical cell architectures using cation intercalation electrodes for desalination
水资源短缺是全球大部分人口面临的一个困境。阳离子插层脱盐（CID）电池使用插层主体化合物（IHC）与离子交换膜（IEM）相结合，可以通过处理盐水资源来帮助解决这一挑战。最初，利用盐水通过多孔IHC电极的连续流动来预测这种电池的性能。在这里，我们使用二维多孔电极理论与浓溶液运输，以评估各种电池架构的性能，其中流动发生通过开放的流动通道（OFCs）时，两个IHC电极组成的六氰高铁酸镍（NiHCF）用于存储Na+离子。我们表明，当使用两个OFC时，阳离子交换膜（CEMs）邻接在流动通道/电极界面处，并且阴离子交换膜（AEM）布置在流动通道之间，盐去除相对于使用流通（FT）电极的原始设计增加。这种膜流通（MFB）电池内的IEM堆叠顺序是使用许多IEM（CEM/AEM/./ CEM/AEM/CEM），具有许多稀释液流。因此，我们使用NiHCF IHC模拟这种ED堆的性能，并且我们预测盐吸附能力（每单位NiHCF质量）相对于MFB和FT电池放大20倍，同时在稀释流中将0.7 M NaCl进料水降低至0.2-0.3 M。使用Na0.44MnO2 IHC代替NiHCF进行模拟，进一步支持了这些发现的一般性。因此，我们建议使用阳离子IHC作为传统ED中使用的气体析出反应的替代品。
2016-12-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Copper atomic contacts exposed to water molecules
单原子和分子氢和氧，以及水分子和OH暴露于原子铜密切接触的理论研究已经使用计算方法。作者优化了Cu/H/Cu、Cu/HCuH/Cu、Cu/H $_2$ /Cu、Cu/H $_2$ O/Cu、Cu/OH/Cu、Cu/O/Cu、Cu/O $_2$ /Cu的中等大结构，并计算了接触结的电导和非弹性隧穿光谱（IETS）特性的适当值;阐明它们是铜电极暴露于原子/分子污染物物种的可能结果。在这里，我们还展示了IETS属性，通过从头计算，可以确定的结的几何形状的形式。此外，我们确定键合几何形状的铜电极，直接引起的特定IETS签名，已在最近的实验中观察到的接口。基于低偏压电导和IETS计算，对于铜电极的水暴露的特定情况，得出结论，桥接铜电极的单个氢或单个氧原子不是高电导峰测量的原因。关于模型4，其中一个单独的水分子被认为是桥接成分，我们的计算结果表明，它有一个相对较低的概率是一个合适的候选人。根据目前的计算结果，模型3中的两个氢似乎是分子形式的，尽管它们仍然与相邻的铜原子形成键。计算结果与实验结果的比较表明，模型3是在可接受的协议与现有数据。
2019-01-09 physics.chem-ph
Resolving the Bubble Puzzle: Hydrogen Peroxide Formation Precedes Hydroxyl Radicals in Microbubbles and is Governed by Solid-Water Interfaces
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)（阿卜杜拉国王科技大学）
本研究通过多电极实验结合光谱分析，证实微气泡中H₂O₂形成先于羟基自由基，反应活性位点为固-水界面，可基于电极预测微气泡是否产生CL，并质疑气-水界面自发形成羟基自由基的观点。
2026-08-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water, not salt, causes most of the Seebeck effect of nonisothermal aqueous electrolytes
本文通过分子动力学模拟发现，非等温水溶液电解质的塞贝克效应主要由电极附近水分子的分层与取向引起的温度依赖性表面电势差决定，而非离子的热扩散。
2023-09-14 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Coalescence induced late departure of bubbles improves water electrolysis efficiency
本研究通过实验和模拟发现，增强气泡聚并可延迟气泡脱离，将电解效率提高超30%，并通过减小气泡尺寸和增强局部扰动来改善传质，为水电解气泡管理提供新见解。
2024-11-05 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Enhanced ammonia electro-oxidation reaction on platinum-iron oxide catalyst assisted by MagnetoElectroCatalysis
本研究针对氨污染治理需求，合成铂-氧化铁磁性纳米颗粒作为电催化剂，借助交变磁场的 Néel 弛豫局部加热效应提升氨电氧化反应效率与稳定性，验证了磁电催化的协同作用，为环境修复及可持续能源领域的电化学反应增强提供了新方向。
2025-05-19 physics.chem-ph
Rapid Evolution of the Photosystem II Electronic Structure during Water Splitting
光合水氧化是维持生物圈的基本过程。嵌入在光系统II蛋白环境中的Mn $_{4}$ Ca簇负责大气氧的产生。在这里，时间分辨X射线发射光谱（XES）被用来实时观察氧的形成过程。这些实验表明，氧的析出步骤，由三个连续的激光闪光，伴随着快速（50 $μ$ s内）的变化，锰K $β$ XES光谱。然而，没有氧化的Mn $_{4}$ Ca核心以上的所有Mn $^{\text{IV}}$状态被检测到之前O-O键的形成。提出了一种新的机制来解释光谱结果，该机制以S $_{3}$态中形成Mn $^{\text{IV}}$ = O为特征。该化学配方与S $_{3}$状态的独特反应性一致，并解释了以下S $_{3}$到S $_{0}$转变的促进作用，部分解决了与O-O键形成相关的动力学限制。在所提出的机制中，O-O键的形成先于最终（4 $^{\text{th}}$）电子从Mn $_{4}$ Ca团簇的转移，与实验一致。
2015-06-29 physics.bio-ph physics.chem-ph
Frequency-dependent impedance of nanocapacitors from electrode charge fluctuations as a probe of electrolyte dynamics
频率相关阻抗是电气元件的基本特性。我们表明，它可以确定从电极电荷在恒电位分子模拟的平衡动力学波动，特别是延长波动耗散的电容恢复在低频限制，并提供一个说明水/金纳米电容器。这项工作开辟了方式来解释电化学阻抗测量的微观机制，直接从电解质的动态，或间接通过等效电路模型在实验中。
2022-06-27 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Water Solvation of Charged and Neutral Gold Nanoparticles
金纳米粒子是独特的电催化剂，用于氧还原、二氧化碳还原和醇氧化。电催化过程受到与溶剂的相互作用的影响，但对纳米粒子溶剂化的直接研究很少。在这里，我们选择金纳米粒子作为10 nm大小的溶质，我们可以控制其电荷。我们进行中红外和太赫兹光谱，以比较溶液中的水与载有中性和阳性金纳米粒子的胶束的行为。我们发现的迹象表明，水化水周围的载金胶束的特点是较弱的氢键比散装水。观察到正纳米粒子电荷导致OH伸缩的较大蓝移，猝灭集体平移模式的强度，并通过振动水分子增加吸收。水在一个积极的金纳米粒子的界面上可以经历一个更硬的势能面，这反过来可能揭示局部热力学性质。
2021-05-06 cond-mat.other physics.chem-ph physics.optics
