研究发现多孔电极表面的润湿性是制造高效水分解或碳捕获系统的关键
随着水分解技术的改进，通常使用多孔电极材料为电化学反应提供更大的表面积，其效率通常受到气泡形成的限制，该气泡会阻塞或阻塞反应性表面。现在，麻省理工学院的一项研究首次分析和量化了气泡在这些多孔电极上的形成方式。
研究人员发现，气泡可以通过三种不同的方式在表面上形成和离开表面，而这些方式可以通过调整电极的成分和表面处理来精确控制。麻省理工学院研究人员在《Joule》杂志上发表研究成果介绍了这项工作。
由于反应在液体介质中不断产生气体，因此该气体会形成气泡，从而会暂时堵塞活性电极表面。对气泡的控制是实现系统高性能的关键。对于在这种系统中使用的多孔电极种类的研究越来越少。
该团队确定了气泡可以从表面形成和释放的三种不同方式：
- 在一种被称为内部生长和偏离的气泡中，相对于电极中孔的大小而言，气泡很小。在这种情况下，气泡会自由浮动，并且表面仍保持相对透明，从而促进了反应过程。
- 在另一种情况下，气泡大于孔，因此它们往往会卡住并堵塞开口，从而大大减少了反应。
- 在第三种中间状态（称为芯吸），气泡大小适中，仍被部分阻塞，但设法通过毛细作用渗出。
研究小组发现，决定哪种方式发生的关键变量是多孔表面的润湿性。可以通过调节施加在表面上的涂层来控制这种质量，该质量确定水是均匀地分布在整个表面上还是散布成小珠。该团队使用了一种称为PTFE的聚合物，并且它们喷溅到电极表面的次数越多，疏水性就越大。它也变得更能抵抗较大气泡的堵塞。
研究人员说，这种转变是相当突然的，所以即使是表面涂层覆盖率的微小变化带来的润湿性变化，也会显著改变系统的性能。通过这一发现，研究人员增加了一个新的设计参数，即气泡离开直径[从表面分离前达到的大小]与孔径的比值。这是一个衡量多孔电极有效性的新指标。
可以通过制造多孔电极的方式来控制孔径，并且可以通过添加涂层来精确地控制润湿性。对这两种影响的操纵将使对这些设计参数的精确控制成为可能，以确保多孔介质在最佳条件下运行。这将为材料设计人员提供一组参数，以帮助指导他们选择化合物，制造方法以及表面处理或涂层，从而为特定应用提供最佳性能。
研究小组说，尽管该小组的实验集中在水分解过程上，但该结果实际上应适用于任何会演变成气体的电化学反应，包括用于电化学转化捕获的二氧化碳（例如来自电厂排放物）的反应。获取更多前沿科技 研究访问：https://byteclicks.com
这项工作得到了丰田中央研发实验室，新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART），美国-埃及科学技术联合基金以及中国自然科学基金会的支持。
