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(noticias nanowerk) Un equipo conjunto de químicos físicos experimentales y computacionales de Corea del Sur y Estados Unidos ha realizado un descubrimiento importante en el campo de la electroquímica, arrojando luz sobre el movimiento de las moléculas de agua cerca de electrodos metálicos. Esta investigación tiene profundas implicaciones para el avance de las baterías de próxima generación que utilizan electrolitos acuosos.
Esta investigación fue publicada en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (“La dinámica de los enlaces de hidrógeno del agua a un electrodo funcionalizado con nitrilo se modula mediante voltaje de acuerdo con la espectroscopia IR 2D”).
![Ilustración esquemática que muestra las moléculas orgánicas adsorbidas en una superficie de oro y las moléculas de agua cerca del electrodo de oro.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64278_1.jpg)
En la nanoescala, los químicos suelen utilizar luz láser para iluminar moléculas y medir propiedades espectroscópicas para visualizar moléculas. Sin embargo, estudiar el comportamiento de las moléculas de agua cerca de los electrodos metálicos ha resultado difícil debido a la abrumadora interferencia de los átomos metálicos en el propio electrodo. Además, las moléculas de agua distantes de la superficie del electrodo también contribuyen a la respuesta de la luz aplicada, dificultando la observación selectiva de moléculas en la interfaz metal líquido-electrodo.
Dirigidos por el profesor Martin Zanni de la Universidad de Wisconsin en Madison y el director CHO Minhaeng del Centro de Espectroscopia y Dinámica Molecular del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), abordaron este desafío utilizando técnicas espectroscópicas recientemente desarrolladas combinadas con simulaciones por computadora. Para minimizar la interferencia de los metales, los autores cubrieron la superficie del electrodo con moléculas orgánicas especialmente desarrolladas. Luego se utilizó espectroscopía vibratoria de femtosegundo bidimensional mejorada en superficie (10 a 15 segundos) para observar los cambios en el movimiento de las moléculas de agua cerca del electrodo metálico.
![Hay tres capas de átomos de oro a cada lado, que representan el electrodo metálico, con moléculas orgánicas adsorbidas en el electrodo izquierdo. El espacio entre los electrodos está lleno de moléculas de agua.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64278_2a.jpg)
Dependiendo de la magnitud y la polaridad del voltaje aplicado al electrodo metálico, los investigadores observaron por primera vez una desaceleración o una aceleración en el movimiento de las moléculas de agua cerca del electrodo. “Cuando se aplica un voltaje positivo al electrodo, el movimiento de las moléculas de agua vecinas se ralentiza. Por el contrario, cuando se aplica un voltaje negativo, se observa lo contrario tanto en la espectroscopia de vibración de femtosegundos como en simulaciones por computadora”, explica el Dr. Kwak.
«Los resultados de este estudio proporcionan información crucial para comprender las reacciones electroquímicas y proporcionan conocimientos físicos esenciales necesarios para la investigación y el desarrollo de baterías de electrolitos acuosos en el futuro», comenta el director CHO Minhaeng del Centro IBS de Espectroscopía y Dinámica Molecular, autor correspondiente de el estudio.
![Ilustración que muestra la interacción del enlace de hidrógeno entre moléculas de agua y una molécula orgánica adsorbida.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64278_3.jpg)
Este resultado implica una estrecha conexión entre las reacciones electroquímicas que involucran agua en la superficie de los electrodos y la dinámica de las moléculas de agua en la interfaz. Se espera que no solo mejore nuestra comprensión de los procesos electroquímicos fundamentales, sino que también allane el camino para el desarrollo de tecnologías de baterías más eficientes y sostenibles.
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