Mechanisms of Nucleation and Stationary States of Electrochemically Generated Nanobubbles

成核 化学物理 化学 耗散系统 电流(流体) 过饱和度 电极 气泡 分子动力学 纳米技术 机械 热力学 材料科学 计算化学 物理化学 物理 有机化学
作者
Yamila A. Perez Sirkin,Esteban D. Gadea,Damián A. Scherlis,Valeria Molinero
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (27): 10801-10811 被引量:45
标识
DOI:10.1021/jacs.9b04479
摘要

Gas evolving reactions are ubiquitous in the operation of electrochemical devices. Recent studies of individual gas bubbles on nanoelectrodes have resulted in unprecedented control and insights on their formation. The experiments, however, lack the spatial resolution to elucidate the molecular pathway of nucleation of nanobubbles and their stationary size and shape. Here we use molecular simulations with an algorithm that mimics the electrochemical formation of gas, to investigate the mechanisms of nucleation of gas bubbles on nanoelectrodes, and characterize their stationary states. The simulations reproduce the experimental currents in the induction and stationary stages, and indicate that surface nanobubbles nucleate through a classical mechanism. We identify three distinct regimes for bubble nucleation, depending on the binding free energy per area of bubble to the electrode, Δγbind. If Δγbind is negative, the nucleation is heterogeneous and the nanobubble remains bound to the electrode, resulting in a low-current stationary state. For very negative Δγ, the bubble fully wets the electrode, forming a one-layer-thick micropancake that nucleates without supersaturation. On the other hand, when Δγbind > 0 the nanobubble nucleates homogeneously close to the electrode, but never attaches to it. We conclude that all surface nanobubbles must nucleate heterogeneously. The simulations reveal that the size and contact angle of stationary nanobubbles increase with the reaction driving force, although their residual current is invariant. The myriad of driven nonequilibrium stationary states with the same rate of production of gas, but distinct bubble properties, suggests that these dissipative systems have attractors that control the stationary current.
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
鳗鱼板栗完成签到 ,获得积分10
1秒前
翊星完成签到,获得积分10
2秒前
CipherSage应助李sir采纳,获得10
3秒前
3秒前
chenyan完成签到,获得积分10
3秒前
ggyy发布了新的文献求助10
3秒前
彭于彦祖应助百十余采纳,获得30
4秒前
YMY发布了新的文献求助10
4秒前
见闻完成签到,获得积分10
5秒前
WangYanjie发布了新的文献求助10
5秒前
武雨珍发布了新的文献求助30
5秒前
zaaa完成签到,获得积分10
5秒前
Wilson发布了新的文献求助30
5秒前
5秒前
格非完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
韩钰小宝完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
Xiao风啊发布了新的文献求助10
8秒前
赵佳璐完成签到,获得积分10
8秒前
君君欧发布了新的文献求助10
9秒前
英姑应助xiao采纳,获得10
9秒前
康康星完成签到,获得积分10
10秒前
CodeCraft应助研友_8y2G0L采纳,获得10
10秒前
lx完成签到,获得积分10
10秒前
张奕冰发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
WangYanjie完成签到,获得积分10
12秒前
xiaoma发布了新的文献求助30
13秒前
14秒前
美好的莫英完成签到,获得积分10
14秒前
HH应助caleb采纳,获得10
14秒前
陈斌完成签到,获得积分10
15秒前
Xiao风啊完成签到,获得积分20
15秒前
欢快的芹菜完成签到,获得积分10
15秒前
夏晓啸发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
17秒前
17秒前
李sir发布了新的文献求助10
18秒前
高分求助中
Evolution 10000
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Foreign Policy of the French Second Empire: A Bibliography 500
Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3147171
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2798462
关于积分的说明 7829305
捐赠科研通 2455179
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1306639
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 627858
版权声明 601567