2025年1月28日，Phys. Rev. Lett.在线发表了华中科技大学冯光教授课题组的研究论文，题目为「Constant-Potential Modeling of Electrical Double Layers Accounting for Electron Spillover」，论文的第一作者为Zhenxiang Wang和Ming Chen。
恒电势分子动力学（MD）模拟对于在原子水平上理解双电层（EDLs）的结构、电容和动力学是必不可少的。然而，经典的恒电势方法依赖于所谓的「波动电荷」来保持电极的等电势，忽略了电极上的量子效应，并且总是低估了典型金属电极和水电解质界面的EDL电容。
在此研究中，作者提出了一种恒电势方法来解释电极最外核上的电子溢出效应。对于Au(111)电极上的EDLs，MD模拟揭示了钟形电容曲线的大小和形状，两者在定量上与实验一致。研究揭示了电极极化依赖的局部电场，与负极化下界面水红移振动的实验观察结果一致，并预测了正极化下的蓝移，进一步确定了充电过程中两个时间尺度的几何依赖性。
这项研究是在恒电势方法模拟中有效考虑金属电极量子效应的第一步。它能够利用经典的MD模拟和密度泛函理论（DFT）计算对由数百万个原子组成的EDL体系进行建模。它还有助于理解其他EDL相关领域的界面现象，如电池、电催化和电容去离子。
图1 | 经典静电学(sCPM)示意图。
图2 | 微分电容及其起源。
图3 | 界面水的结构和电场。
图4 | 充电过程。
论文链接：
Wang, Z., Chen, M., Wu, J. et al. Constant-Potential Modeling of Electrical Double Layers Accounting for Electron Spillover. Phys. Rev. Lett., 2025, 134, 046201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.046201
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