韩国和美国的科学家在电化学领域取得重要发现，首次揭示了水分子在金属电极附近的运动，对推进利用水性电解质的下一代电池具有深远的意义。相关研究论文已经发表于《美国国家科学院院刊》。 在纳米级领域，化学家通常利用激光照射分子，并测量光谱特性来观察分子。但由于电极中金属原子的巨大干扰，研究水分子在金属电极附近的行为极具挑战性。此外，远离电极表面的水分子也会对所施加的光作出响应，使液体-金属-电极界面处分子的选择性观察变得更加复杂。 研究团队通过新开发的光谱技术和计算机模拟来应对这一挑战。在最新实验中，为尽量减少金属的干扰，他们在电极表面涂上了专门设计的有机分子，然后使用表面增强飞秒二维振动光谱来观察金属电极附近水分子运动的变化。根据施加在金属电极上的电压的大小和极性，研究人员首次观察到电极附近水分子的运动。 研究人员表示，当向电极施加正电压时，附近水分子的运动会减慢。相反，当施加负电压时，在飞秒振动光谱和计算机模拟中都会观察到相反的情况。这项研究结果为理解电化学反应提供了关键信息，也为未来水电解质电池的研发提供了必要的物理基础，有望催生更高效且更可持续的电池。