В мире тончайших взаимодействий на границе растворителя и твердого тела, где электрохимия и биология переплетаются, происходит таинственный балет ионов. Их путь к участию в реакциях, будь то проникновение в аккумуляторы, прохождение через ионные каналы клеточных мембран или превращение в ценные химические вещества вроде зеленого водорода на электрокатализаторах, напрямую зависит от сложного процесса – **сольватации**. Представьте это как путешествие иона к месту назначения: перед тем, как он сможет вступить в игру, ему необходимо переодеться, сбросить привычную «водяную шубу» (сольватационную оболочку) и обрести новую форму, подходящую для конкретной задачи.
Энтропия и Энтальпия: Невидимые Путеводители Ионного Похода
Ученые из отдела изучения взаимодействия Института Фрица Хабера словно раскрыли секреты этого танцевального переодевания. Они обнаружили, что **кинетика сольватации**, то есть скорость этого перехода, управляется удивительным тандемом: **энтропией активации и энтальпией**. Это как сказочный баланс – увеличение “высоты горы” (энергетического барьера для иона) сопровождается ростом доступных “путей” (возможных маршрутов сольватации), повышая шансы на успешное завершение путешествия.
Ключ к этой проницательности – применение **теории переходных состояний**, заложенной еще в 1935 году Майклом Поланьи. Используя уравнение Айринга-Эванса-Поланьи, словно микроскоп для кинетики, исследователи получили возможность отслеживать эти два ключевых параметра (энтропию и энтальпию активации) с невероятной точностью – в масштабе миллисекунд. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, открывают принципиально новый горизонт понимания.
Визуализация Кинетики: От Спектра до Действия
- Прямой доступ к “локальным” маршрутам: Теперь мы можем наблюдать, как ионы гидроксида взаимодействуют с разными участками поверхности катализатора – уступами, дефектами – и как это прямо влияет на скорость электрокаталитической реакции. Это как просмотр динамической карты движения ионов в режиме реального времени.
- Разгадка тайны отравления: Исследователи проследили, как отравление поверхности Pt во время реакции окисления аммиака влияет на кинетику сольватации. Этот аспект ранее оставался “за кадром”, скрытым от нашего понимания.
Эти открытия подчеркивают, что **изменения энтропии активации**, происходящие как на поверхности катализатора, так и в растворителе, играют **основную роль** в активности катализатора. pH, например, оказывается не просто регулятором заряда, но и **дирижером энтропийных изменений**, влияя на активность способами, не всегда предсказуемыми по классической модели Nernstian.
Синергия: Твердое и Жидкое в Тандеме
Доктор Себастьян Онер, руководитель группы в отделе изучения взаимодействия, акцентирует: “Данные спектроскопии и микроскопии *operando* (в реальном времени) демонстрируют невероятную динамичность поверхностей катализаторов. Наш инструмент позволяет не просто *видеть* кинетику сольватации, но и *сшивать* ее с спектральной и микроскопической информацией, создавая полную картину.”
Это исследование – словно голограмма, раскрывающая тесную взаимосвязь твердой структуры катализатора и жидкой среды электролита. Они не просто соседствуют, а **взаимодействуют в танце**, где изменения в одной части немедленно отражаются на другой. Такое глубокое понимание – ключ к созданию катализаторов с повышенной активностью, селективностью и стойкостью.
Отдел науки о интерфейсах, возглавляемый профессором доктором Беатрис Ролдан Куэнья, уверен, что эти открытия станут мощным стимулом для прогресса в энергетике и химической технологии, открывая новые горизонты в мире тончайших взаимодействий на границе фаз.
