河北
从智能手机充电到氢气生产，能源技术的基本原理已被揭示。韩国研究人员首次确定了在称为“双电层”的超微小空间内分子结构如何变化。这项发表在《自然·通讯》期刊上的研究，通过减少能量损失并选择性地诱导所需反应，开辟了一条同时提高电池、氢能和碳中和技术效率与性能的新路径。
揭开双电层之谜
由化学系金亨俊教授领导的研究团队，与浦项科技大学的崔昌赫教授和蔚山科学技术院的申承在教授合作，确定了双电层内发生的结构相变（物质状态或排列发生变化的现象）。
特别是，他们在分子层面揭示了电存储容量（电容）的模式随电解质浓度变化而从驼峰形变为钟形的现象的原因。
电化学反应发生在电极和电解液接触的极小的空间里，这个空间叫双电层。搞电化学的人早就知道，随着电解液浓度增加，电容曲线会从两个峰的驼峰形，变成只有一个峰的钟形，但这背后的原因一直没人能从分子层面解释清楚。
每个电极上发生了什么
通过原子级精确的模拟和实验，研究团队发现，电极上施加的电压不同，会出现两种关键变化。
在阴极，水分子会整体朝同一个方向重新排列；而在阳极，阴离子（带负电的粒子）密密麻麻地聚在表面，形成二维结构，这种现象叫“凝聚”。
这两个过程分别会在电容曲线上形成一个峰，电解质浓度越来越高时，它们合并为一个峰，使曲线从驼峰形转变为钟形。
简而言之，一边是水分子整整齐齐排好队，另一边是离子密密麻麻聚在一起。随着浓度增加，这两种现象合二为一，图形从两个峰变成一个峰。
画出看不见的电化学变化
特别是，研究团队全世界第一次画出了一张相图，能一眼就看出双电层结构如何随电极电位（就是加在电极上的电压）和电解质浓度而变化。他们还用红外光谱法（ATR-SEIRAS，一种能实时看到分子怎么运动的技术）当场验证了这些理论预测。
简单来说，他们画了一张图，展示结构在不同条件下怎么变化，并用实验验证了这张图是准确的。
金亨俊教授表示：“这项研究的意义在于，它让我们第一次理解了原本看不见的微观电化学反应环境，也打开了设计这种环境的大门。如果我们能够精确控制双电层中的相变，就能有效提升能源技术的性能，例如提高电池充电速度或最大限度提高制氢效率。”
更多信息： Minho M. Kim 等人，浓水溶液中的双电层结构，自然·通讯 (2026)。 DOI: 10.1038/s41467-026-70322-5
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