• 研究论文 •
张增明1,2,#, 梁子西1,3,#, 黄俊1,2,*
Zengming Zhang1,2,#, Zixi Liang1,3,#, Jun Huang1,2,*
摘要: 熵是金属/溶液界面双电层(EDL)的基本热力学性质之一,但其定义、测量方法和理论处理在现有文献中较为分散,且在某些情况下仍存在歧义。本文重新审视了双电层的热力学理论,明确区分并比较了两类熵:过剩熵和形成熵。针对形成熵,在最基本的双电层模型—Gouy–Chapman(GC)模型框架下,验证了两种等价的计算途径。
在澄清相关概念和计算方法之后,本文采用改进的Gouy–Chapman–Stern(GCS)模型研究了界面水对双电层形成熵的影响。该模型显式引入了氧端朝向与氢端朝向水分子之间的化学势差,记为δμ。模型计算得到的微分电容和熵与Au(111)电极在水溶液中形成的双电层实验数据进行了对比。结果表明,当未带电表面上水分子更倾向于氧端朝向构型时,最大熵对应的表面荷电(CME)为负值;此外,当δμ随电位变化时,形成熵在CME附近呈现出明显的非对称性。然而,该模型无法同时再现来自两项独立实验研究的电容和熵测量结果,表明模型仍存在不足,或实验数据中可能存在误差。尽管如此,本工作强调了在研究双电层时同步测量电容和熵的重要性。