惰性金電極會“拉攏”水分子
- 發佈時間：2014-10-28 01:29:55 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 近日，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員將金屬金浸在電解液中，首次在不同的通電環境下觀測到固液交界面周圍水分子的結構，併發現金可以吸引水分子，使其脫離原有的氫鍵。該實驗靈敏度達到亞奈米級，是科學界首次對通電的電極做出如此高靈敏度的研究。研究報告刊載在《科學》雜誌上。
該實驗以金作為惰性電極，以淡鹽水作為電解液。結果可能讓人意外：金這種惰性金屬可以讓大量的水分子脫離氫鍵，而被金本身吸引。當給金通負電時，被吸引的水分子數量增加了，從而又吸引了更多帶正電的氫原子。此外，若通正電，則水分子會讓自身氫元素遠離金，從而讓交界面周圍的氫鍵得到強化。
氫鍵連接著水分子，讓每個水分子中帶弱正電的氫原子與相鄰分子中帶弱負電的氧原子相吸引，從而使水分子聚集，在溫度和壓力合適的情況下，形成液態水。
據物理學家組織網近日報道，實驗中，科研人員創新了X射線吸收光譜法，從而不僅可以觀察電極表面周圍的分子，還可以判斷在不同電壓下這些分子排列的變化。“我們用X射線吸收光譜法主要觀察的是：有多少水分子被金屬金吸引了，以及這些分子之間的氫鍵有沒有被破壞。”伯克利實驗室材料科學部科學家米蓋爾·薩梅隆説，“緊鄰電極的水分子呈現出與沒有電極時不一樣的結構。”
“在電極表面，電荷的聚集形成了一個強電場，從而使得電極周圍的電解液分子重新排列。”薩梅隆以電池為背景解釋了這一現象。
該實驗還有兩個細節值得關注。首先，電壓的變化會改變吸收光譜的形狀。其次，只有最靠近金屬金錶面兩分子層的水發生了結構變化，這兩層加起來僅有一奈米厚。科學家曾以為觀測靈敏度達到幾十奈米即可，但最終，靈敏度的要求達到了亞奈米級。
當固態物質浸沒在一種液體中時，從分子層面看，固態物質表層周圍的液體立刻發生變化。這種表層對我們認知從生物學到材料科學的許多現象至關重要。但是，在這項實驗之前，如何解釋固液交界面周圍的液體分子結構，一直是個難題。
（毛宇）
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