利用电输运光谱技术确定纳米受限空间中碱金属阳离子的水合相图

《Journal of the American Chemical Society》：Operando Electrical Transport Spectroscopy Determination of Hydration Phase Diagrams of Alkali Metal Cations in Nanoconfined Spaces

本研究利用原位电化学传输光谱技术，探究了MXene纳米受限空间中Li?、Na?、K?阳离子的溶剂化行为，揭示了离子尺寸、浓度与电化学电位对溶剂化壳层的影响规律，为先进材料与界面设计提供理论依据。

　　

碱金属阳离子（AM⁺）在纳米受限空间中的溶剂化作用在许多领域都起着关键作用，包括生物系统、离子分离、海水淡化以及电化学储能等。全面理解AM⁺的溶剂化行为对于控制这些过程至关重要。我们利用原位电输运光谱技术，研究了AM⁺在MXene薄膜纳米受限空间中的脱溶剂化动态，并建立了相应的水合相图。研究结果表明，水合的Li⁺阳离子在进入MXene层时部分脱落了次级溶剂化壳层，在负极化过程中进一步脱溶剂化，最终仅保留初级溶剂化壳层。较大的阳离子次级水合壳层的相区域较小。Na⁺在高浓度下仅保留初级水合壳层，在低浓度下部分保留次级水合层，但在负极化作用下会失去次级水合层。相比之下，K⁺在整个相图中始终只保留初级水合壳层。这些相图阐明了阳离子尺寸、浓度和电化学势之间复杂的相互作用对溶剂化状态的影响，为电化学器件中先进材料和界面的合理设计提供了理论基础。