RIKEN的電化學專家采用兩管齊下的方法，將有助于理解和設計更高效的能量存儲系統(tǒng)，從而探索了電極與電解質(zhì)之間界面處電荷的分布。設計高效的電池和燃料電池需要了解離子和電子在電極與電解質(zhì)(浸入電極的溶液)之間的界面處的行為。施加電壓后，電極帶電，帶有相反電荷的離子開始在其表面積聚。離子在電極上形成一層，其濃度隨與電極的距離而減小。但是，離子結(jié)構(gòu)與電極-電解質(zhì)界面的電化學性質(zhì)之間的關系尚不清楚。

現(xiàn)在，RIKEN表面和界面科學實驗室的Raymond Wong及其同事已經(jīng)探究了金電極和各種電解質(zhì)之間帶電界面的能量學和結(jié)構(gòu)(圖1)。

他們通過在電極表面上組裝一層氧化還原活性分子來做到這一點。這些長鏈分子的一端與電極結(jié)合，而另一端(含有鐵原子的二茂鐵頭)則暴露于電解質(zhì)中。通過施加適當?shù)碾妷菏蛊湓谥行院蛶д姞顟B(tài)之間切換，二茂鐵單元很容易被氧化和還原。這樣的二茂鐵單層是探索由電解質(zhì)中不同種類的陰離子補償單層電荷所引起的結(jié)構(gòu)和能量變化的理想探針。

Wong和他的同事們將循環(huán)伏安法(通常在電化學中使用)與光電子能譜相結(jié)合，提供了有關電極-單層-電解質(zhì)界面上電子行為的直接信息。他們在一個室內(nèi)進行了電化學測量，然后將其抽空并轉(zhuǎn)移到超高真空室中，在那里他們進行了光譜測量。該程序使團隊能夠在不同的施加電勢下獲得電極-單層-電解質(zhì)界面的快照。

Wong解釋說：“我們的目標是在微觀和分子水平上更好地理解電極-電解質(zhì)的界面，而這是其他電化學或原位方法無法輕易獲得的。”

Wong指出，該方法用途廣泛，可應用于其他系統(tǒng)。“我們的方法可以擴展到研究半導體電極中的界面能學，并可以提供更多與生化傳感，氧化還原誘導的納米致動器和偽電容儲能相關的表面結(jié)合的氧化還原-活性系統(tǒng)中電解質(zhì)效應和界面能的更多見解。”

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