NIMS y la Universidad de Hokkaido descubrieron conjuntamente que la transferencia de protones en reacciones electroquímicas se rige por el efecto de túnel cuántico QTE bajo las condiciones específicas. Además, hicieron una primera observación de la transición entre los regímenes cuántico y clásico en protones electroquímicostransferencia mediante el control del potencial. Estos resultados indicaron la participación de QTE en la transferencia electroquímica de protones, un tema de debate de larga duración, y pueden acelerar la investigación básica que conduce al desarrollo de sistemas de conversión de energía electroquímica altamente eficientes basados en la mecánica cuántica.
Muchos de los dispositivos y tecnologías electrónicas de última generación que se han dado cuenta de la vida moderna actual se establecieron con base en los principios fundamentales de la mecánica cuántica. Sin embargo, los efectos cuánticos en las reacciones electroquímicas en las celdas de combustible y los dispositivos de energía no están bienentendido debido al movimiento complejo de electrones y protones impulsados por procesos de reacción electroquímica en las superficies de los electrodos. Como resultado, la aplicación de efectos cuánticos en la conversión de energía electroquímica no es tan exitosa como los campos de la electrónica y la espintrónica, que son fenómenos superficiales e interfacialesson igualmente críticos en todos estos campos. Suponiendo que las reacciones electroquímicas estén estrechamente asociadas con los efectos cuánticos, puede ser factible diseñar mecanismos de conversión de energía altamente eficientes basados en estos efectos: incluyendo QTE y dispositivos que aprovechan dichos mecanismos.
En este estudio, el equipo de investigación dirigido por NIMS se centró en los mecanismos de reacción de reducción de oxígeno ORR, la reacción clave en las celdas de combustible, utilizando deuterio, un isótopo de hidrógeno que tiene una masa diferente. Como resultado, el equipo confirmótúnel de protones a través de barreras de activación dentro de un pequeño rango de sobrepotencial. Además, el equipo descubrió que un aumento en el sobre potencial conduce a vías de reacción electroquímica para cambiar a la transferencia de protones en base a la teoría semiclásica. Por lo tanto, este equipo de investigación descubrió los nuevos procesos físicos: la transiciónentre los regímenes cuántico y clásico en reacciones electroquímicas.
Esta investigación muestra la participación de QTE en la transferencia de protones durante los procesos básicos de conversión de energía. Este descubrimiento puede facilitar la investigación de mecanismos microscópicos de reacciones electroquímicas que no se entienden en detalle. También puede estimular el desarrollo de una tecnología de conversión de energía electroquímica altamente eficientecon un principio de funcionamiento basado en la mecánica cuántica, capaz de operar más allá del régimen clásico.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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