أصغر الفقاعات الكهروكيميائية

تتضمن العديد من العمليات الكهروكيميائية ذات الصلة في سياق التحفيز أو تحويل الطاقة وتخزينها، إنتاج الغازات. وغالبًا ما ينطوي ذلك على تكوين الفقاعات عند السطح الفاصل، مما يؤدي إلى انسداد المنطقة النشطة كهربائيًا مما يؤدي إلى زيادة الجهد وفقدان أوم. تم تصور النانوكهربائيات كأصول لعكس هذا التأثير، عن طريق تثبيط تكوين الفقاعات. ومع ذلك، تُظهر التجارب أن الفقاعات النانوية تتشكل وتلتصق بالأقطاب الكهربائية على المقياس النانوي، مما يفرض حدًا على التيار، والذي تبين أنه مستقل عن الحجم والجهد المطبق في نطاق واسع من 3 نانومتر إلى أجزاء من الميكرون. هنا، نستكشف استجابة الجهد-التيار للأقطاب الكهربائية القرصية ذات الأقطار التي تصل إلى ذرة واحدة، باستخدام محاكاة جزيئية تشمل توليد الغاز الكهروكيميائي. تكشف تحليلاتنا أن النانوكهربائيات بحجم 1 نانومتر يمكن أن تقدم ضعف التيار الذي توفره الأقطاب الكهربائية التي تمتلك مناطق أكبر بأربعة أوامر من حيث الحجم في نفس الانحياز. إن هذا الارتفاع في التيار المستخرج هو نتيجة لعدم استقرار طور الغاز. يظهر الإمكان الكبير للفقاعات النانوية السطحية أنها لا يمكن أن تصل إلى حالة مستقرة حراريًا على الدعائم التي تقل عن 2 نانومتر. ونتيجة لذلك، تكون المنطقة النشطة كهربائيًا متاحة للمحلول ويتبين أن التيار حساس لنصف قطر القطب الكهربائي. بهذه الطريقة، تؤسس محاكياتنا أن هناك حجمًا مثاليًا للنانوكهربائيات، بين ذرة واحدة و ∼3 نانومتر، مما يحسن إنتاج الغاز.