Nature Energy：双极膜以及电解质

一、双极【迷信布景】 

在生物或者电化学规模，膜及界面离子消融指的电解是离子在带电界面处需要脱离或者取患上其溶剂壳的天气。与此相同，双极在水性介质中，膜及每一种电催化剂都需要从水性电解质中提取或者注入消融的电解质子或者氢氧根离子，不论是双极在H₂O或者CO₂电解器仍是在H₂燃料电池中。可是膜及，质子或者氢氧根离子的电解消融能源学尚不清晰，更不用说它们与其余带电反映物以及产物的双极消融能源学比照了，搜罗来自催化剂侵蚀的膜及金属离子。当初，电解对于催化剂活性、双极抉择性以及晃动性的膜及清晰轻忽了界面消融能源学，这限度了知识驱动型新能源转化技术的电解睁开。

而固体-电解质界面处的离子消融对于能量以及化学转化技术至关紧张，如（电）催化、电池以及双极膜技术。好比，在碱性介质中妨碍的电催化氢析反映中，水需要被解离并消融氢氧根离子，这是一个尚未很好清晰的历程。

二、【迷信贡献】

克日，德国柏林马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯钻研所界面迷信部Sebastian Z. Oener 团队在Nature Energy宣告了题为“Ion solvation kinetics in bipolar membranes and at electrolyte–metal interfaces”的论文。该项钻研报道了在聚合物双极膜以及电解质-金属界面上单独妨碍的水解离以及离子消融能源学。作者发现了激活熵以及焓之间与偏压相关的关连，将其与界面电容的偏压相关散漫分割在一起。此外，服从表明，OH^-的消融能源学比H⁺的消融能源学慢，而且消融能源学展现出与催化剂妄想无关的特色。作者将这归因于发生修正水界面熵的电场所需的普遍过多电荷量。在根基钻研方面，这些服从对于增长基于知识的双极膜以及电催化剂妄想至关紧张。

图1：在双极膜水解以及水天生历程中的离子消融。© 2024 Springer Nature

图2：差距水平电容耦合条件下的水解离以及离子消融。© 2024 Springer Nature

图3：界面电容在偏压依赖性熵-焓关连中的熏染。© 2024 Springer Nature

图4：多物理模子以及试验极化曲线。© 2024 Springer Nature

图5：在电容界面上离子（脱）消融时期的熵-焓关连。© 2024 Springer Nature

三、【迷信开辟】

这项钻研为电催化以及电化学规模带来了立异性的见识。它揭示了Butler–Volmer实际在内球电化学中的规模性，并提出了思考偏压依赖的活化熵以及焓的新措施。此外，钻研发现了离子消融能源学在电化学反映中的关键熏染，并指出了调节这些能源学的潜在机缘，以改善能源转化技术的功能。该钻研还提供了对于离子驱动的电念头以及离子泵等零星的新清晰，为生物催化以及构象酶能源学等规模的钻研提供了新的视角。因此，这项钻研为未来睁开具备更高活性、抉择性以及晃动性的新一代电化学历程提供了紧张的教育以及开辟。

原文概况：Rodellar, C.G., Gisbert-Gonzalez, J.M., Sarabia, F. et al. Ion solvation kinetics in bipolar membranes and at electrolyte–metal interfaces. Nat Energy (2024).

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01484-z

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