純水也能電解

據搜狐科技報道：南加州大學Wei Wu教授課題組近期有了一項突破常識的新發現：當使用納米間距電極電解水時
，即使是純水也可以有效的電解！

圖1. 純水電解原理示意圖

在中學的化學課本中我們便學習到，純水的電導率太低
，因此純水電解非常困難。要想實現電解水，往往需要在水中添加氫氧化鈉、硫酸等電解質來提高導電性。

研究表明，電極間距對電化學反應有本質的影響，而這往往是其他研究所忽略的。

dangdianjijianjuxiaoyurongyededebaichangdushi，zhengfujideshuangdianzicenghuijiaodiezaiyiqi。butongyuhongguandianjishitirongyewudianchangdeqingkuang，namijianjudianjixia
，zhenggezhengfujizhijianquanbushiqiangdianchang。

圖2. 器件及原理示意圖

，以及電化學反應隨電極間距變化的相圖

該強電場顯著增強了溶液中的離子漂移速度，並進一步促進了水分子的自偶電離（也即，純水的等效電導率被顯著提高！但這有別於傳統的擊穿效應），使得整個電化學反應受控於電子轉移步驟。

因此，整個電解水的反應可以被大大加速
；更重要的是，即使是純水也可以實現有效電解！

圖3. 類三明治器件的工藝流程

研究人員采用三明治結構實現了納米間距電極。工藝過程中采用低電壓刻蝕技術（小於20 V），有效提高了器件的良率。

其最小可控電極間距已經達到了37 nm，遠遠小於純水的德拜長度（空氣中約為220 nm）。測試結果顯示，相同條件下，純水的電解電流密度竟比1 mol/L的NaOH溶液的電流密度還要大！這充分說明純水的電解反應要遠快於添加了強電解質的電解水反應。

圖4. 純水電解測試結果，證實了電子轉移步驟為控製步驟

圖5. 純水及氫氧化鈉溶液測試結果對比

研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)不(bu)僅(jin)實(shi)現(xian)了(le)純(chun)水(shui)的(de)有(you)效(xiao)電(dian)解(jie)，更(geng)提(ti)出(chu)了(le)電(dian)極(ji)間(jian)距(ju)對(dui)電(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)的(de)本(ben)質(zhi)影(ying)響(xiang)
，為(wei)納(na)米(mi)電(dian)化(hua)學(xue)的(de)研(yan)究(jiu)開(kai)辟(pi)了(le)全(quan)新(xin)的(de)思(si)路(lu)
，並(bing)有(you)望(wang)應(ying)用(yong)於(yu)醇(chun)類(lei)電(dian)解(jie)、快速充電、燃料電池等諸多領域！

參考文獻：

Yifei Wang, Wei Wu et al. Field-Assisted Splitting of Pure Water Based on Deep-Sub-Debye-Length Nanogap Electrochemical Cells. ACS Nano, 2017.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b04038