Asymmetric response of interfacial water to applied electric fields

电场 物理 环境科学 机械 量子力学
作者
Angelo Montenegro,Chayan Dutta,Muhammet Mammetkuliev,Haotian Shi,Bingya Hou,Dhritiman Bhattacharyya,Bofan Zhao,Stephen B. Cronin,Alexander V. Benderskii
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:594 (7861): 62-65 被引量:161
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03504-4
摘要

Our understanding of the dielectric response of interfacial water, which underlies the solvation properties and reaction rates at aqueous interfaces, relies on the linear response approximation: an external electric field induces a linearly proportional polarization. This implies antisymmetry with respect to the sign of the field. Atomistic simulations have suggested, however, that the polarization of interfacial water may deviate considerably from the linear response. Here we present an experimental study addressing this issue. We measured vibrational sum-frequency generation spectra of heavy water (D2O) near a monolayer graphene electrode, to study its response to an external electric field under controlled electrochemical conditions. The spectra of the OD stretch show a pronounced asymmetry for positive versus negative electrode charge. At negative charge below 5 × 1012 electrons per square centimetre, a peak of the non-hydrogen-bonded OD groups pointing towards the graphene surface is observed at a frequency of 2,700 per centimetre. At neutral or positive electrode potentials, this ‘free-OD’ peak disappears abruptly, and the spectra display broad peaks of hydrogen-bonded OD species (at 2,300–2,650 per centimetre). Miller’s rule1 connects the vibrational sum-frequency generation response to the dielectric constant. The observed deviation from the linear response for electric fields of about ±3 × 108 volts per metre calls into question the validity of treating interfacial water as a simple dielectric medium. Experimental measurements of vibrational sum-frequency generation spectra indicate that the dielectric response of water near an electrode may be strongly asymmetric, with different responses to positive and negative electrode charge.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
lll发布了新的文献求助10
1秒前
抹茶发布了新的文献求助10
1秒前
silence完成签到,获得积分10
2秒前
欢喜的紫菜完成签到 ,获得积分20
6秒前
7秒前
8秒前
NexusExplorer应助lll采纳,获得10
9秒前
14秒前
时光中的微粒完成签到 ,获得积分10
15秒前
小文子完成签到 ,获得积分10
15秒前
生动飞凤完成签到 ,获得积分10
16秒前
lll发布了新的文献求助10
18秒前
28秒前
Patience完成签到,获得积分10
30秒前
wobisheng完成签到,获得积分10
31秒前
开心完成签到 ,获得积分10
33秒前
lll发布了新的文献求助10
34秒前
飞飞wolf完成签到,获得积分10
35秒前
呆橘完成签到 ,获得积分10
36秒前
神火发布了新的文献求助20
38秒前
奋斗诗云完成签到 ,获得积分10
41秒前
勤奋完成签到 ,获得积分10
41秒前
manmanzhong完成签到 ,获得积分10
43秒前
罗格朗因完成签到 ,获得积分10
45秒前
郭郭要努力ya完成签到 ,获得积分0
45秒前
科研通AI6.4应助lll采纳,获得10
48秒前
科研通AI6.1应助lll采纳,获得10
48秒前
燕儿完成签到 ,获得积分10
59秒前
张大旭77完成签到 ,获得积分10
1分钟前
凸迩丝儿完成签到 ,获得积分10
1分钟前
优秀的音响完成签到 ,获得积分10
1分钟前
11112321321完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
wuhu完成签到 ,获得积分10
1分钟前
lll发布了新的文献求助10
1分钟前
Jasper应助一盏壶采纳,获得10
1分钟前
ccc2完成签到,获得积分0
1分钟前
1分钟前
Bella完成签到 ,获得积分10
1分钟前
太阳完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets, Second Edition 1000
卤化钙钛矿人工突触的研究 1000
Engineering for calcareous sediments : proceedings of the International Conference on Calcareous Sediments, Perth 15-18 March 1988 / edited by R.J. Jewell, D.C. Andrews 1000
Wolffs Headache and Other Head Pain 9th Edition 1000
Continuing Syntax 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6246732
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8070135
关于积分的说明 16845915
捐赠科研通 5322874
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2834283
邀请新用户注册赠送积分活动 1811763
关于科研通互助平台的介绍 1667516