最新研究發現：可通過量子質子傳輸轉移產生電流！

博科園：本文為量子物理學類

NIMS和北海道大學共同發現在特定條件下，電化學反應中的質子轉移受量子隧穿效應(QTE)控制。此外還首次通過控制勢來觀察電化學質子轉移中的量子躍遷和經典躍遷。這些結果表明QTE參與了電化學質子轉移，這是一個長期存在爭議的課題，可能會加速基礎研究，將促使基於量子力學的高效電化學能量轉換系統的發展。現代生活中出現的許多最先進電子設備和技術都是基於量子力學基本原理建立起來的。然而由於電極表面的電化學反應過程所驅動的電子和質子的複雜運動。

博科園-科學科普：燃料電池和能量器件中的電化學反應中的量子效應還沒有得到很好理解。因此量子效應在電化學能量轉換中的應用不如電子學和自旋電子學領域成功，在這些領域中，表面和界面現象都是同等重要。假設電化學反應與量子效應密切相關，基於這些效應設計高效的能量轉換機制可能是可行的：包括QTE和利用這些機制的器件。在這項研究中，nims領導的研究小組集中於氧還原反應(ORR)機制（燃料電池中的關鍵反應）使用氘，一種質量不同的氫同位素。結果研究小組證實了質子隧穿是在一個小的過電位範圍內通過激活屏障進行。

(A)質子穿障(量子)，(B)通過躍遷態的質子轉移(經典)，在電化學系統中，這兩種機制的相對貢獻可以通過應用勢來調節。圖片：NIMS

此外，研究小組還發現，根據半經典理論，過電位的增加會導致電化學反應途徑轉變為質子轉移。因此，這個研究小組發現了新的物理過程:電化學反應中量子和經典狀態之間的過渡。本研究表明QTE參與質子轉移的基本能量轉換過程，這一發現可能有助於對電化學反應微觀機理的研究，這些機理目前還不清楚。它還可能促進基於量子力學的工作原理、能夠超越經典狀態的高效電化學能量轉換技術的發展。這項研發表在美國物理學會《物理評論快報》上。

博科園-科學科普｜研究/來自: 美國國家材料科學研究

參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.236001

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