熵支配电场下水的解离结构与反应性
化学物理
2025-10-10 v1
摘要
水对外电场的响应对于电化学器件的性能和稳定性，以及酶促、大气和有机反应的选择性至关重要。在此背景下，一个关键过程是水的（自）解离反应（WD），它支配着水相酸碱化学，并塑造反应速率和机理。尽管其意义重大，但电场环境中WD反应的热力学仍了解甚少。本文利用极化现代理论框架下的从头算分子动力学模拟，研究了外电场下的WD反应。结果表明，强电场显著增强WD反应，使平衡常数提高数个数量级。此外，我们证明施加的电场将WD反应从一个熵受阻过程转变为一个熵驱动过程。分析表明，这是因为电场改变了离子成为结构形成者或结构破坏者的倾向。通过强调强电场如何重塑溶剂组织和反应性，本工作为设计利用溶剂熵提升性能的水相电催化剂开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2506.11734,
title = {Entropy governs the structure and reactivity of water dissociation under electric fields},
author = {Yair Litman and Angelos Michaelides},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.11734},
year = {2025}
}