NIMS和北海道大学共同发现在特定条件下，电化学反应中的质子转移受量子隧穿效应(QTE)控制。此外还首次通过控制势来观察电化学质子转移中的量子跃迁和经典跃迁。这些结果表明QTE参与了电化学质子转移，这是一个长期存在争议的课题，可能会加速基础研究，将促使基于量子力学的高效电化学能量转换系统的发展。现代生活中出现的许多最先进电子设备和技术都是基于量子力学基本原理建立起来的。然而由于电极表面的电化学反应过程所驱动的电子和质子的复杂运动。
博科园-科学科普：燃料电池和能量器件中的电化学反应中的量子效应还没有得到很好理解。因此量子效应在电化学能量转换中的应用不如电子学和自旋电子学领域成功，在这些领域中，表面和界面现象都是同等重要。假设电化学反应与量子效应密切相关，基于这些效应设计高效的能量转换机制可能是可行的：包括QTE和利用这些机制的器件。在这项研究中，nims领导的研究小组集中于氧还原反应(ORR)机制（燃料电池中的关键反应）使用氘，一种质量不同的氢同位素。结果研究小组证实了质子隧穿是在一个小的过电位范围内通过激活屏障进行。
(A)质子穿障(量子)，(B)通过跃迁态的质子转移(经典)，在电化学系统中，这两种机制的相对贡献可以通过应用势来调节。图片：NIMS
此外，研究小组还发现，根据半经典理论，过电位的增加会导致电化学反应途径转变为质子转移。因此，这个研究小组发现了新的物理过程:电化学反应中量子和经典状态之间的过渡。本研究表明QTE参与质子转移的基本能量转换过程，这一发现可能有助于对电化学反应微观机理的研究，这些机理目前还不清楚。它还可能促进基于量子力学的工作原理、能够超越经典状态的高效电化学能量转换技术的发展。这项研发表在美国物理学会《物理评论快报》上。
博科园-科学科普｜研究/来自: 美国国家材料科学研究
参考期刊文献:《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.236001
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