离子的路径受到生物和电化学中普遍存在的一个过程的强烈影响：离子需要重新组织它们的溶剂化壳，然后才能插入电池阴极、进入生化膜上的离子通道或在电催化剂表面吸附并转化为化学物质，比如绿色氢。
此前，弗里茨-哈伯研究所界面科学系的研究人员发现，界面离子溶剂化的动力学受活化熵和焓之间所谓的补偿效应控制。换句话说，随着离子前方山峰的海拔升高，可用的徒步路径数量增加，使得离子更有可能徒步前行。
为了得出这些结论，研究小组根据统计物理学和艾林-埃文斯-波拉尼方程解释了动力学，该方程是1935年过渡态理论的核心，由1933年之前担任FHI物理化学系主任的迈克尔·波拉尼共同开发。
如今，近90年后，界面科学系的研究人员能够以毫秒时间分辨率追踪过渡态理论的两个关键参数，即活化焓和活化熵。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
“我们的发现在许多基本层面上确实具有重要意义，”该研究的第一作者、玛丽居里博士后研究员FranciscoSarabia说。
“利用这种技术，我们可以直接了解发生在特定结构表面图案(例如台阶边缘或缺陷)上的氢氧离子的电吸附动力学，并展示它们与电催化剂动力学之间的关系。此外，我们研究了氨氧化反应过程中Pt表面的动态中行为及其对溶剂化动力学的影响。到目前为止，这种洞察力水平仍然完全隐藏。”
总体而言，这项研究进一步支持了这样一种观点，即催化剂表面和界面溶剂中的活化熵变化对于理解电催化剂活性至关重要。例如，研究小组发现pH值可以直接影响活化熵，并随着pH值引起非能斯特活性变化。目前，人们普遍认为，活化能在电催化反应的偏压依赖性中起主要作用。
界面科学系组长兼该研究的通讯作者SebastianÖner博士表示：“包括我无机化学系和界面科学系同事在内的大量原位光谱和显微镜证据表明，催化剂表面具有高度动态性。除了研究溶剂化动力学之外，我们现在还有一种工具，可以应用于实时捕获真实动力学信息，并将其与光谱和微观信息叠加。”
该团队的研究强调了催化剂局部环境受偏压影响的变化的重要性，表明固体结构和液体电解质如何紧密相连并相互影响。这种全面的理解对于开发具有更高活性、选择性和稳定性的催化剂至关重要。
由BeatrizRoldánCuenya教授领导的界面科学系致力于进一步探索这些见解，有可能对能源和化学转化技术领域产生重大影响。
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