氫被廣泛視為未來的主要能源。這使得有必要了解水在電解過程中如何分離。馬克斯·普朗克聚合物研究所和劍橋大學優素福·哈米德化學系的科學家們現在研究了一個密切相關的過程，即水解。儘管在日常條件下水分解的基本化學原理已廣為人知，但對於存在強電場的電化學裝置中水的行為卻知之甚少。
在自然界中，無論大小的系統都遵循某些關鍵原則。物體掉落是因為這樣做會減少能量。同時有序和無序對正在發生的物理過程有很大的影響。隨著時間的推移，系統往往會變得更加無組織。這是大多數人從日常生活中認識到的。這種異常傾向也適用於分子水平。這可以用一個叫做熵的屬性來解釋。
能量和熵共同決定化學過程是否自行發生。當能量減少或無序增加時，反應自然發生。在正常條件下，例如一杯水，水分子很少自行分解。這是因為該過程受到能量和熵的阻礙。然而，當強電場出現時，這種情況就會發生巨大的變化。
強電場下的驚人機制
馬克斯·普朗克研究所和劍橋大學的研究人員發現了一種意想不到的機制，可以控制強電場下水的自動分裂。他們的研究發表在 美國化學會雜誌它挑戰了長期以來的假設，即該反應主要由能量單獨控制。
馬克斯·普朗克研究所小組組長亞爾·利特曼（Yair Litman）表示：“在大體積條件下，人們對水的自動分離進行了廣泛的研究。據了解，在熱帶地區，水的自動分離具有很大的難度和破壞性。” “但在電化學環境典型的高壓電場下，反應的表現會非常不同。”
電場如何將命令轉化為驅動力？
利用先進的分子動力學模擬，利特曼和合著者安傑洛斯·米夏利德斯發現，高強度電場以意想不到的方式極大地增強了水的分離。電場並沒有降低反應的能量成本，而是通過增加熵來促進這一過程。首先，磁場迫使水分子形成高度有序的排列。當離子開始形成時，該結構就會衰變。它增加秩序並推動反應向前發展。
“這與零場發生的情況完全相反，”利特曼解釋道。 “現在它不再讓熵抵消反應，而是促進反應。”
對 pH 和電化學設計的影響
研究人員還發現高壓電場可以顯著改變水的酸度。在這些條件下，pH 值可以從中性 (7) 降至高酸性值（低至 3）。這一變化對電化學系統的工作方式及其設計方式產生了重大影響。
“這些結果為理解和改進水分離裝置指明了一個新的範例。我們不僅需要考慮能量，還需要考慮熵，以及電場如何改變水的分子景觀。”
研究結果表明，科學家可能需要重新思考涉及電場時如何對水中的化學反應進行建模。它還為催化劑設計開闢了新的方向。對於電化學反應和“水上”反應尤其如此。
