通过量子质子转移产生电流

NIMS和北海道大学联合发现，电化学反应中的质子转移受特定条件下的量子隧道效应(QTE)控制。此外，他们首次通过控制电位来观察电化学质子转移中量子和经典体系之间的转变。这些结果表明QTE参与电化学质子转移，这是一个长期争论的主题，并可能加速基础研究，导致基于量子力学的高效电化学能量转换系统的发展。

许多已经实现了现代生活的最先进的电子设备和技术是基于量子力学的基本原理而建立的。然而，由于电极表面上的电化学反应过程驱动的电子和质子的复杂运动，燃料电池和能量装置中的电化学反应中的量子效应尚未被充分理解。结果，量子效应在电化学能量转换中的应用不如电子和自旋电子学领域那样成功，表面和界面现象在所有这些领域中同样重要。假设电化学反应与量子效应密切相关，基于这些效应设计高效能量转换机制可能是可行的：包括QTE，

在这项研究中，NIMS领导的研究团队专注于氧还原反应(ORR)机制 - 燃料电池中的关键反应 - 使用氘，一种具有不同质量的氢同位素。因此，该团队确认质子在一个小的过电位范围内通过激活障碍进行隧穿。此外，研究小组发现，基于半经典理论，过电位的增加导致电化学反应途径转变为质子转移。因此，这个研究小组发现了新的物理过程：电化学反应中量子和经典体系之间的过渡。

该研究表明QTE在基本能量转换过程中参与质子转移。该发现可以促进对电化学反应的微观机制的研究，这些机理未被详细理解。它还可以利用基于量子力学的工作原理来刺激高效电化学能量转换技术的发展，该工作原理能够超越传统方案。