今日，北京理工大学先进结构技术研究院、兰州理工大学有色金属先进加工与再利用国家重点实验室、北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室等合作撰写的论文《A Deep Insight into the Microscopic Dynamics of the Electrode−Electrolyte Interface under Extreme Operating Conditions》发表于ACS Nano，报道了一种用于研究极端条件下电极 - 电解质界面微观动力学的新方法，通过原位拉曼光谱技术，对高温强腐蚀的熔融氟化物体系中钛电解过程进行研究，深入理解了界面动力学，并提出了更高效的电解方案。电化学作为化学的重要分支，凭借其强大的可设计性，在众多领域得到了极为广泛的应用。同时，它在应对气候危机方面也发挥着关键作用，能够存储和利用由可再生能源转化而来的“绿色电力”。电化学主要聚焦于电极 - 电解质界面行为的研究与应用，因此，深入理解和有效控制界面动力学，尤其是在实际运行条件下的界面动力学，对于电化学科学与工程的重大进展至关重要。在温和环境的电化学领域，得益于先进的表征仪器和分析方法，研究者们在界面动力学的研究上取得了显著成果。然而，在极端环境电化学领域，如高温（约100 - 1000°C）熔盐电化学或超高温（超过1000°C）熔氧化物电化学，进展却十分有限。极端条件虽然为电化学带来了独特的优势，但也在基础理解和技术进步方面带来了巨大挑战。例如，在极端电化学中，使用原位实验技术面临诸多困难，这使得获取电极 - 电解质界面的全面实时信息变得极为困难，进而限制了该领域的发展 。
理解运行过程中的界面动力学对电化学的重大进展至关重要。然而，在极端条件下，这一主题的突破极为罕见。在此，我们以定制仪器，运用原位拉曼光谱法解析钛电解的界面动力学。直接光谱证据不仅证实了在高温强腐蚀的熔融氟化物中的两步还原途径及关键中间体（TiF52–），还揭示了（TiF52–）不良穿梭效应的根源，即（TiF52–）的还原动力学迟缓及其向外扩散行为。此外，我们构建了不同电位下双电层（EDL）的原子模型。这些定量理解指导我们设计经济可行的调控方案，即高浓度、低价态钛离子电解质与适当外加电位的合理组合。值得注意的是，采用我们提出的方案，电流效率从27.7%大幅提升至81.8%。最后，这项工作展示了一种基于机理洞察而非现象学发现的自下而上的极端电化学技术研究范式，这将加速极端电化学的发展。图 1.电极过程的操作波拉曼光谱。图 2.界面微观结构和化学动力学。（a） 不同潜在范围内的 Stark 斜坡。（b） 不同电位下熔盐中 Pt 电极的 EIS 数据的奈奎斯特图。（c） 熔盐中 Pt 电极上的差分电容图。（d） 不同电位下电极表面的距离依赖性拉曼光谱。（e） 不同电位下一系列距离处的拉曼峰归一化强度。（f） 界面微观结构和化学的演变示意图。
Figure 3. Novel insights into the inefficiency of the electrolysis process. (a) Schematic of the inefficiency mechanism during electrolysis. (b) Electron cloud density distribution of TiOF42– and TiF52–. (c) Optimized geometric structures and adsorption energy of TiOF42– and TiF52– on the Pt surface. (d) Schematics of the transfer and diffusion processes on electrodes in small and big electric fields.
Yuan, R., Jiao, H., Du, X., Li, L., Liu, Q., & Jiao, S. (2025). A Deep Insight into the Microscopic Dynamics of the Electrode−Electrolyte Interface under Extreme Operating Conditions. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c15336文献下载：yuan-et-al-2025-a-deep-insight-into-the-microscopic-dynamics-of-the-electrode-electrolyte-interface-under-extreme.pdf关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多新污染物最新资讯与科研进展声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流
