NIMS和北海道大學(xué)共同發(fā)現(xiàn)在特定條件下，電化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移受量子隧穿效應(yīng)(QTE)控制。此外還首次通過控制勢來觀察電化學(xué)質(zhì)子轉(zhuǎn)移中的量子躍遷和經(jīng)典躍遷。

這些結(jié)果表明QTE參與了電化學(xué)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，這是一個長期存在爭議的課題，可能會加速基礎(chǔ)研究，將促使基于量子力學(xué)的高效電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展?，F(xiàn)代生活中出現(xiàn)的許多最先進電子設(shè)備和技術(shù)都是基于量子力學(xué)基本原理建立起來的。然而由于電極表面的電化學(xué)反應(yīng)過程所驅(qū)動的電子和質(zhì)子的復(fù)雜運動。

博科園-科學(xué)科普：燃料電池和能量器件中的電化學(xué)反應(yīng)中的量子效應(yīng)還沒有得到很好理解。因此量子效應(yīng)在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用不如電子學(xué)和自旋電子學(xué)領(lǐng)域成功，在這些領(lǐng)域中，表面和界面現(xiàn)象都是同等重要。假設(shè)電化學(xué)反應(yīng)與量子效應(yīng)密切相關(guān)，基于這些效應(yīng)設(shè)計高效的能量轉(zhuǎn)換機制可能是可行的：包括QTE和利用這些機制的器件。在這項研究中，nims領(lǐng)導(dǎo)的研究小組集中于氧還原反應(yīng)(ORR)機制（燃料電池中的關(guān)鍵反應(yīng)）使用氘，一種質(zhì)量不同的氫同位素。結(jié)果研究小組證實了質(zhì)子隧穿是在一個小的過電位范圍內(nèi)通過激活屏障進行。

此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)半經(jīng)典理論，過電位的增加會導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)途徑轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子轉(zhuǎn)移。因此，這個研究小組發(fā)現(xiàn)了新的物理過程:電化學(xué)反應(yīng)中量子和經(jīng)典狀態(tài)之間的過渡。本研究表明QTE參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的基本能量轉(zhuǎn)換過程，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于對電化學(xué)反應(yīng)微觀機理的研究，這些機理目前還不清楚。它還可能促進基于量子力學(xué)的工作原理、能夠超越經(jīng)典狀態(tài)的高效電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展。這項研發(fā)表在美國物理學(xué)會《物理評論快報》上。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 美國國家材料科學(xué)研究

參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.236001

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