हाइड्रोजन को भविष्य की ऊर्जा प्रणाली में एक प्रमुख खिलाड़ी माना जाता है, और कुशलतापूर्वक हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस जैसी संबंधित प्रक्रियाओं की गहरी समझ होना आवश्यक है। हाल ही में, जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर पॉलिमर रिसर्च और यूके में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में यूसुफ हामिद रसायन विज्ञान विभाग की एक शोध टीम ने संयुक्त रूप से एक अध्ययन प्रकाशित किया, जिसमें पहली बार आणविक स्तर पर मजबूत विद्युत क्षेत्रों के तहत पानी के अणुओं के "ऑटोडिसोसिएशन" के एक नए तंत्र का पता चला, जिससे पता चला कि विद्युत क्षेत्र पारंपरिक जल रासायनिक प्रतिक्रियाओं के "प्रेरक बल नियमों" को उलट सकते हैं।
रोजमर्रा की परिस्थितियों में, जैसे कि एक गिलास खड़ा पानी, पानी के अणु कभी-कभी स्वचालित रूप से हाइड्रोजन आयनों और हाइड्रॉक्सिल आयनों में अलग हो जाते हैं, लेकिन यह प्रक्रिया बेहद दुर्लभ है। शास्त्रीय थर्मोडायनामिक्स की समझ के अनुसार, कोई रासायनिक प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से आगे बढ़ सकती है या नहीं यह मुख्य रूप से दो कारकों द्वारा निर्धारित होता है: ऊर्जा और एन्ट्रॉपी: सिस्टम ऊर्जा में कमी करता है, लेकिन एन्ट्रॉपी (बढ़ती अव्यवस्था) में भी वृद्धि करता है। पारंपरिक वातावरण में पानी के स्व-पृथक्करण के लिए, प्रतिक्रिया न तो ऊर्जा को कम करती है और न ही अधिक अव्यवस्था लाती है, इसलिए यह "ऊर्जा" और "एन्ट्रॉपी" दोनों आयामों में प्रभावी नहीं है, और इस प्रकार शायद ही कभी अनायास होता है।
शोध दल ने बताया कि इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण के अंदर, मजबूत विद्युत क्षेत्र का वातावरण जिसमें पानी के अणु स्थित होते हैं, दैनिक स्थितियों से पूरी तरह से अलग होता है, इसलिए पारंपरिक समझ अमान्य हो सकती है। उच्च परिशुद्धता आणविक गतिशीलता सिमुलेशन के माध्यम से, उन्होंने पाया कि जब एक मजबूत विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो पानी के स्व-पृथक्करण की प्रतिक्रिया दर में काफी वृद्धि हो सकती है। हालाँकि, इस परिवर्तन को चलाने की कुंजी ऊर्जा के संदर्भ में "इसे आसान बनाना" नहीं है, बल्कि एन्ट्रापी ड्राइविंग पद्धति का एक मौलिक उलट है।
एक मजबूत विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, पानी के अणुओं को पहले उच्च क्रम वाले हाइड्रोजन बांड नेटवर्क में व्यवस्थित होने के लिए मजबूर किया जाता है, और समग्र प्रणाली पारंपरिक तरल पानी की तुलना में अधिक "व्यवस्थित" प्रतीत होती है। एक बार जब इस वातावरण में आयन उत्पन्न हो जाते हैं, तो वे उस संरचना को बाधित कर देंगे जो मूल रूप से विद्युत क्षेत्र द्वारा "जबरन व्यवस्थित" की गई थी, जिससे सिस्टम की अव्यवस्था बढ़ जाएगी। अनुसंधान से पता चलता है कि "विद्युत क्षेत्र से बंधे आदेश" से "आयनों द्वारा परेशान विकार" तक की यह प्रक्रिया मुख्य एन्ट्रापी प्रेरक शक्ति बन जाती है जो क्षेत्र की ताकत के तहत पानी के आत्म-पृथक्करण को बढ़ावा देती है। दूसरे शब्दों में, एन्ट्रोपिक प्रभाव जो शून्य क्षेत्र स्थितियों के तहत प्रतिक्रिया का विरोध करता है, एक मजबूत विद्युत क्षेत्र में प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने के लिए "बूस्टर" में बदल जाता है।
पेपर के लेखकों में से एक और मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर पॉलिमर रिसर्च में अनुसंधान समूह के नेता, यायर लिटमैन ने कहा कि थोक चरण में सामान्य परिस्थितियों में, पानी के स्व-पृथक्करण को हमेशा एक विशिष्ट प्रतिक्रिया के रूप में माना गया है जो "ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल और एंट्रोपिक रूप से बाधित है।" हालाँकि, इलेक्ट्रोकेमिकल वातावरण के विशिष्ट मजबूत विद्युत क्षेत्र में, एक ही प्रतिक्रिया पूरी तरह से अलग रूप दिखाती है। सहयोगी एंजेलोस माइकलाइड्स के साथ सिमुलेशन कार्य के माध्यम से, उन्होंने पाया कि एक मजबूत विद्युत क्षेत्र ने पानी के पृथक्करण को काफी बढ़ा दिया है, और यह वृद्धि कम ऊर्जा अवरोध से नहीं, बल्कि प्रतिक्रिया पथ की एन्ट्रापी में "फ्लिप-फ्लॉप" से आई है।
इस अध्ययन से पानी की अम्लता और क्षारीयता पर विद्युत क्षेत्रों के महत्वपूर्ण प्रभाव का भी पता चला: एक मजबूत विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मूल रूप से तटस्थ पानी (7 के बारे में पीएच) को दृढ़ता से अम्लीय सीमा में धकेल दिया जा सकता है, जिसका पीएच मान लगभग 3 से कम है। इस परिणाम का मतलब है कि इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणों या पूर्वाग्रह स्थितियों के तहत, इंटरफ़ेस के पास पानी के वातावरण की अम्लता पारंपरिक मॉडलों की भविष्यवाणी की तुलना में बहुत अधिक हो सकती है, जो सीधे प्रतिक्रिया दर, सामग्री स्थिरता और उत्प्रेरक प्रक्रिया की यंत्रवत समझ को प्रभावित करती है।
सह-लेखक माइकलाइड्स ने बताया कि ये निष्कर्ष एक नए प्रतिमान का प्रस्ताव करते हैं: पानी के विभाजन जैसी विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं को समझते और अनुकूलित करते समय, कोई केवल ऊर्जा वक्र पर ध्यान केंद्रित नहीं कर सकता है, बल्कि एन्ट्रापी की भूमिका पर भी व्यवस्थित रूप से विचार करना चाहिए और कैसे मजबूत विद्युत क्षेत्र पानी के आणविक परिदृश्य को नया आकार देते हैं। अध्ययन से पता चलता है कि जिस तरह से पूर्वाग्रह स्थितियों और जलीय प्रणालियों में विद्युत क्षेत्र के साथ प्रतिक्रिया गतिविधि बदलती है वह पहले की तुलना में अधिक जटिल है, और "जलीय वातावरण" और विद्युत रासायनिक स्थितियों में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के डिजाइन के पुनर्मूल्यांकन के लिए एक नया सैद्धांतिक आधार भी प्रदान करता है।
लेखकों का मानना है कि यह कार्य पूर्वाग्रह दबाव के तहत जलीय चरण प्रतिक्रियाशीलता के सैद्धांतिक ढांचे के पुनर्निर्माण के लिए महत्वपूर्ण सुराग प्रदान करता है। मजबूत विद्युत क्षेत्रों के तहत जल संरचना और प्रतिक्रियाशीलता पर एन्ट्रापी के एकीकृत प्रभाव पर जोर देकर, यह शोध जल इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों, इलेक्ट्रोकैटलिटिक सिस्टम और "जल प्रतिक्रियाओं" के क्षेत्र में उत्प्रेरक डिजाइन के लिए नए विचारों को खोलता है।
प्रासंगिक परिणाम अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल में "एंट्रॉपी गवर्न्स द स्ट्रक्चर एंड रिएक्टिविटी ऑफ वॉटर डिसोसिएशन अंडर इलेक्ट्रिक फील्ड्स" शीर्षक के तहत प्रकाशित किए गए थे।
/ScitechDaily से संकलित