电化学界面双电层理论研究

项目成果/简介:

双电层对于电化学界面过程的意义重大，但目前依然对其缺乏足够的微观认知。在该工作中，结合第一性原理分子动力学方法和课题组自身发展的电极电势计算方法（计算氢标准电极法，Phys. Rev. Lett. 2017, 119, 16801），程俊教授等人模拟得到了不同电位下的Pt(111)/水溶液界面结构，在深入分析结构的基础上发现了化学吸附水的覆盖度在Pt(111)表面随电位变化遵循Frumkin等温吸附的规律。更进一步，通过理论推导证明了该化学吸附水覆盖度随电位的变化会对电化学界面造成一个负电容的贡献，这拓展了经典的双电层模型对于电化学界面的理解。同时，该负电容能够明显增大紧密层电容，并且在零电荷电位附近形成一个峰，这很好得解释了电化学实验中观察到的“铃铛状”的微分电容曲线，解决了这一困扰基础电化学工作者多年的一个疑问。该工作将为深入理解界面电催化的微观机制提供重要帮助，并有望为双电层超级电容器的设计提供了新思路。