通過量子質子轉移產(chǎn)生電流

科學家們發(fā)現(xiàn)，電化學反應中的質子轉移受特定條件下的量子隧道效應(QTE)控制。此外，他們首次通過控制電位來觀察電化學質子轉移中量子和經(jīng)典體系之間的轉變。這些結果可以推進基礎研究，從而開發(fā)出基于量子力學的高效電化學能量轉換系統(tǒng)。

NIMS和北海道大學聯(lián)合發(fā)現(xiàn)，電化學反應中的質子轉移受特定條件下的量子隧道效應(QTE)控制。此外，他們首次通過控制電位來觀察電化學質子轉移中量子和經(jīng)典體系之間的轉變。這些結果表明QTE參與電化學質子轉移，這是一個長期爭論的主題，并可能加速基礎研究，導致基于量子力學的高效電化學能量轉換系統(tǒng)的發(fā)展。

許多已經(jīng)實現(xiàn)了現(xiàn)代生活的最先進的電子設備和技術是基于量子力學的基本原理而建立的。然而，由于電極表面上的電化學反應過程驅動的電子和質子的復雜運動，燃料電池和能量裝置中的電化學反應中的量子效應尚未被充分理解。結果，量子效應在電化學能量轉換中的應用不如電子和自旋電子學領域那樣成功，表面和界面現(xiàn)象在所有這些領域中同樣重要。假設電化學反應與量子效應密切相關，基于這些效應設計高效能量轉換機制可能是可行的：包括QTE，

在這項研究中，NIMS領導的研究團隊專注于氧還原反應(ORR)機制 - 燃料電池中的關鍵反應 - 使用氘，一種具有不同質量的氫同位素。因此，該團隊確認質子在一個小的過電位范圍內通過激活障礙進行隧穿。此外，研究小組發(fā)現(xiàn)，基于半經(jīng)典理論，過電位的增加導致電化學反應途徑轉變?yōu)橘|子轉移。因此，這個研究小組發(fā)現(xiàn)了新的物理過程：電化學反應中量子和經(jīng)典體系之間的過渡。

該研究表明QTE在基本能量轉換過程中參與質子轉移。該發(fā)現(xiàn)可以促進對電化學反應的微觀機制的研究，這些機理未被詳細理解。它還可以利用基于量子力學的工作原理來刺激高效電化學能量轉換技術的發(fā)展，該工作原理能夠超越傳統(tǒng)方案。