雙極膜（BPMs）是用于開發(fā)下一代電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換與分離過程的一類受到人們關(guān)注的材料。優(yōu)化雙極膜性能的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是提高水分子解離（WD，water dissociation）反應(yīng)的速率。雖然電場(chǎng)效應(yīng)，特別是第二Wien效應(yīng)（second Wien effect），被證實(shí)可以提高分解水的反應(yīng)速率，但是如何利用初級(jí)電場(chǎng)效應(yīng)構(gòu)筑水分解反應(yīng)中具有低過電位的雙極膜一直難以實(shí)現(xiàn)。
有鑒于此，賓夕法尼亞大學(xué)Thomas E. Mallouk、名古屋大學(xué)Eisuke Yamamoto等報(bào)道雙極膜的陰離子交換膜（AEM）和陽離子交換膜（CEM）之間構(gòu)建了一種突變界面結(jié)構(gòu)，使得局部電場(chǎng)強(qiáng)度最大化。
本文要點(diǎn)：
（1）
通過沉積一層緊密排列、分子厚度的TiO2納米片薄膜作為界面層，因此構(gòu)筑了一個(gè)突變界面（abrupt interface），研究極端電場(chǎng)效應(yīng)。在較低的電流密度下，由納米顆粒組成的較厚催化劑層的雙極膜相比，含有TiO2納米片薄膜的雙極膜表現(xiàn)出更高的水分解反應(yīng)電阻。但是，在強(qiáng)電場(chǎng)的大電流密度下，TiO2納米片薄膜界面結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了更優(yōu)越的性能。
（2）
通過電化學(xué)阻抗測(cè)量得出，在電流密度為300 mA cm–2，分解水的表觀過電勢(shì)為0.25 V。這些結(jié)果表明了通過利用二維組裝納米片薄膜，實(shí)現(xiàn)了最大化的第二Wien效應(yīng)（second Wien effect），優(yōu)化雙極膜性能。
參考文獻(xiàn)
Eisuke Yamamoto*, Tianyue Gao, Langqiu Xiao, Kelly Kopera, Sariah Marth, Heemin Park, Chulsung Bae, Minoru Osada, and Thomas E. Mallouk*, Molecularly Thin Nanosheet Films as Water Dissociation Reaction Catalysts Enhanced by Strong Electric Fields in Bipolar Membranes, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c17830
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17830
