疏水分子在催化反应中的作用

电化学过程可用于将CO 2转化为工业上有用的原材料。为了优化工艺，化学家正在尝试详细计算由各种反应伙伴和步骤引起的能源成本。波鸿鲁尔大学(University of Bochum)和巴黎索邦大学(SorbonneUniversité)的研究人员已经发现，疏水性小分子(例如CO 2)如何通过分析界面上的分子在水中的相互作用来助长此类反应的能量成本。该团队在2021年4月13日在线发表的《国家科学院院刊》上描述了结果。

为了开展这项工作，索邦大学的Phenix实验室的Alessandra Serva博士和Mathieu Salanne教授与第二物理化学波鸿教授的Martina Havenith教授和Simone Pezzotti博士进行了合作。

小疏水分子的关键作用

在许多电化学过程中，小的疏水分子在通常由贵金属组成的催化剂表面反应。此类反应通常在水溶液中发生，由此水分子在其他分子周围形成所谓的水合壳：它们在其他分子周围积聚。极性(即吸湿性)分子周围的水与非极性分子(也称为疏水性)周围的水相比，行为有所不同。法德研究团队对这种疏水水合很感兴趣。

使用分子动力学模拟，研究人员分析了金和水之间的界面上的小分子，例如二氧化碳(CO 2)或氮(N2)的疏水水合。他们表明，小疏水分子附近的水分子相互作用对电化学反应的能源成本起着至关重要的作用。

扩展了能源成本计算模型

研究人员在Lum-Chandler-Weeks理论中实现了这些发现。这允许计算形成水网络所需的能量。“在以前的模型中，疏水水合的能量成本是按体积计算的。现在，该模型已扩展到界面附近的疏水分子。这种情况以前没有包括在内，”鲁尔探索溶剂化集群的发言人Martina Havenith解释说。 ，简称RESOLV，位于RUB。调整后的模型可以节省能源成本现在，基于疏水分子的大小，在金和水之间的界面计算疏水水合的“水合”。“由于水的贡献，分子的大小在这些界面的化学反应中起着重要作用，”物理化学II波鸿(Bochum)主席西蒙(Simone Pezzotti)博士说。

例如，该模型预测，基于与水的相互作用，小的疏水分子将倾向于在界面处积聚，而较大的分子将在溶液中保持更远的距离。

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