AFM‐Quantified Adhesion Energy Describes Bubble‐Mediated Mass Transport on Gas‐Evolving Electrodes

材料科学 电解质 粘附 润湿 表面能 化学物理 电极 工作(物理) 化学工程 大规模运输 纳米技术 粒子(生态学) 传质 单层 纳米尺度 气泡 去湿 纳米颗粒 复合材料 接触角 电解 相(物质) 比能量 产量(工程) 分析化学(期刊)
作者
Qingqing Zhou,Hao Hu,Run Shi,Jinghuan Chen,Jiade Wang,Xiao Ren,Tierui Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74725-e74725
标识
DOI:10.1002/adma.74725
摘要

ABSTRACT Mass transport at three‐phase interfaces is a primary bottleneck for industrial gas‐evolving electrodes due to severe bubble coverage and suppressed liquid renewal. Here, we establish the interfacial work of adhesion (Δ G ad )—quantified via spherical‐tip AFM nanoindentation—as a predictive nanoscale descriptor of surface energetics under ambient conditions. Δ G ad captures the thermodynamic competition between electrolyte wetting and gas adhesion at the solid surface, thereby governing bubble‐mediated mass transport. Using model MoS 2 electrodes, we show that vertical structuring and phase engineering (V hetero ‐MoS 2 ) significantly increase the AFM‐quantified Δ G ad . This heightened Δ G ad strengthens the solid‐electrolyte affinity, effectively suppressing gas adhesion and reducing bubble blockage. In situ Particle Image Velocimetry (PIV) and pseudopotential simulations consistently show that surfaces with higher Δ G ad yield smaller bubbles and enhanced interfacial renewal. Accordingly, the apparent aerophobicity follows from stronger electrolyte affinity via interfacial energy competition. Using hydrogen evolution as a representative gas‐evolving reaction, the V hetero ‐MoS 2 electrode sustains stable hydrogen evolution at 1000 mA cm − 2 . This work provides a unified energetic framework for three‐phase interface engineering, establishing Δ G ad as a quantifiable, AFM‐accessible metric for the rational design of high‐performance gas‐evolving electrodes.
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