Utilizando un enfoque de dos vertientes que ayudará a comprender y diseñar sistemas de almacenamiento de energía más eficientes, Los electroquímicos de RIKEN han explorado la distribución de cargas eléctricas en la interfaz entre el electrodo y el electrolito.

Diseñar baterías y pilas de combustible eficientes requiere saber cómo se comportan los iones y electrones en la interfaz entre el electrodo y el electrolito, la solución en la que se sumerge el electrodo. Al aplicar un voltaje, el electrodo se carga y los iones con carga opuesta comienzan a acumularse en su superficie. Los iones forman una capa sobre el electrodo y su concentración disminuye con la distancia al electrodo. Pero la relación entre la estructura de los iones y las propiedades electroquímicas de la interfaz electrodo-electrolito no se comprende bien.

Ahora, Raymond Wong, del Laboratorio Científico de Superficies e Interfaces RIKEN, y sus colegas han investigado la energética y la estructura de la interfaz cargada entre un electrodo de oro y varios electrolitos (Fig. 1).

Lo hicieron ensamblando una monocapa de moléculas activas redox en la superficie del electrodo. Un extremo de estas moléculas de cadena larga unidas al electrodo, mientras que el otro, una cabeza de ferroceno que contiene un átomo de hierro, se expuso al electrolito. La unidad de ferroceno se puede oxidar y reducir fácilmente aplicando un voltaje apropiado que haga que cambie entre los estados de carga neutra y positiva. Tal monocapa de ferroceno es una sonda ideal para explorar los cambios estructurales y de energía que surgen de la compensación de la carga de la monocapa por diferentes tipos de aniones en el electrolito.

Wong y sus colaboradores combinaron voltamperometría cíclica, que se utiliza habitualmente en electroquímica, con espectroscopia de fotoelectrones, que proporciona información directa sobre el comportamiento de los electrones en la interfaz electrodo-monocapa-electrolito. Realizaron las mediciones electroquímicas en una cámara, que luego fue evacuado y trasladado a una cámara de ultra alto vacío, donde realizaron las mediciones espectroscópicas. Este procedimiento permitió al equipo obtener instantáneas de la interfaz electrodo-monocapa-electrolito bajo diferentes potenciales aplicados.

"Nuestro objetivo era obtener una mejor comprensión de la interfaz electrodo-electrolito a nivel microscópico y molecular, que no es fácilmente accesible por otros métodos electroquímicos o in situ, "explica Wong.

El método es versátil y se puede aplicar a otros sistemas, Señala Wong. "Nuestro método puede extenderse para estudiar la energía interfacial en electrodos semiconductores y puede proporcionar más información sobre los efectos de los electrolitos y la energía interfacial en otros sistemas activos redox de superficie con relevancia en la detección bioquímica, nanoactuadores inducidos por redox y almacenamiento de energía pseudocapacitiva ".