|
|
zgjyb 发表于 2026-9-3 07:53( x- {# t% l1 i* o
Nature：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10986-7，Published: 02 September 2026
9 T6 K1 D' w9 R8 k) p这篇文章含金量很高...+ ]- [) X6 p- f u7 ?& E* f% |+ h# U
) v& ^( o h Q
& y: N, Q0 c# R. u2026年9月4日，各位关注电化学能源领域科研进展的同仁、行业从业者们，今天我们要分享的是2026年9月正式发表在Nature上的重磅研究成果，来自厦门大学王韬、周志有教授、孙世刚院士团队联合国内外多家单位的合作研究，最终补上了困扰电化学领域一个多世纪的关键理论缺口，把我们对真实电催化界面的分子级认知，从传统的近平衡稳态图景，彻底推进到了远离平衡态的动态演化层面。
% T5 q" I0 M0 P6 G$ Q& i2 U
. U, F" u$ l% Z# s; e. _/ E# J, W1 g但凡接触过电化学基础的人，都不会对“双电层”这个概念陌生。当电极和电解液直接接触时，电极表面携带的电荷会自发吸引电解液中的异号离子，在界面处形成一层厚度仅为几到几十纳米的带电区域，这就是双电层。别看这个纳米级的界面区域尺寸极小，它却是所有电催化能量转化反应发生的核心场所：我们熟知的析氢、析氧、CO₂还原等电化学反应，全部都是在这个区域内完成电荷转移和物质转化，区域内形成的极强局域电场，直接决定了分子吸附构型、离子输运速率和反应动力学的快慢。
" [& [ ]& h8 L+ q
) Y5 W5 I6 s6 h+ }, G从1910年Gouy提出双电层的早期理论框架，到Chapman完成扩散层补充，再到Stern把紧密层和扩散层的概念整合起来，经典Gouy-Chapman-Stern（GCS）双电层理论已经为电化学领域服务了超过百年，是整个电化学学科的核心理论基石之一。但这套经典模型从建立之初，就有一个天然的前提假设：它的所有推导和验证都是在近平衡态或者无电化学反应发生的静态条件下完成的，默认双电层是一个结构相对固定、不可被压缩的刚性结构。5 `8 Q. ~* h0 K# e7 c
+ ?( x; q3 q1 b1 z" i可真实的工业电催化场景，完全不是近平衡的静态环境：反应持续进行过程中不断发生快速电荷转移，大量带电粒子在界面处高速输运，强界面电场会对界面物种产生极强的极化作用，双电层始终处于远离平衡的动态变化状态。过去数十年里，无数科研工作者都在实验中观测到了经典模型无法解释的异常界面现象：相同的外加电位下，不同阳离子体系里的电催化反应速率存在数量级的差异，外加电位和界面处反应物实际感受到的局域电场强度完全不是经典模型预测的线性对应关系，但没有人能从分子层面直接说清，远离平衡态的双电层里，离子、水分子和局域电场到底是怎么实时动态响应外加极化的，这个悬置了多年的核心问题，一直是电化学基础研究领域的“黑箱”。
2 K& u, R( |4 G1 ^# D8 M9 R
) l5 C& K/ l3 A; G针对这个长期的学科痛点，厦门大学化学化工学院王韬教授、周志有教授、孙世刚院士团队联合德国于利希研究中心黄俊教授、中国科学院福建物质结构研究所陈俊翔副研究员等多家单位的科研力量，搭建起了高度集成的实验-理论联合研究框架：一方面自主开发了方波电沉积技术，制备出化学性质稳定的纳米结构Pt薄膜电极，实现了高过电位条件下高灵敏度的时间分辨表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）测量；另一方面借助新近开发的机器学习分子动力学（MLMD）方法，完成了纳秒时间尺度下界面电荷涨落和溶剂动态演化的精准模拟。这套完全适配真实电催化反应场景的研究体系，终于第一次在析氢反应（HER）的真实工况下，直接解析出了远离平衡态时双电层的分子结构和动态演化全过程，最终建立起了能够精准描述真实反应界面的可压缩双电层模型。
# P' Q6 O- ?2 \/ f$ M* G; { I, L9 z
整个研究最核心的突破之一，就是第一次直接从实验上观测到了远离平衡态的双电层内层，会随外加极化强度的提升发生非常明确的非线性两阶段重构过程，彻底打破了经典模型里“双电层是刚性不可压缩结构”的固有认知。
3 P& [4 X! n3 H2 j! b/ p g' N. V1 M5 ]7 X& }8 e4 D: }+ Z
这项研究把我们对双电层的认知彻底从近平衡的静态图景，拓展到了真实电催化反应条件下远离平衡态的动态演化层面，为后续理解电解质效应、界面电致伸缩、不同离子的特异性作用，以及面向更高性能的电催化体系开展理性电解质设计，提供了全新的定量分子理论框架，给下一代工业电催化剂和电解质体系的定向优化，指明了过去从未被发现的全新调控方向。 |
|
[复制链接]
楼主
发表于 
