Квантовая электрохимия: история, принципы и применение квантовой механики в изучении электрохимических процессов. Теория Маркуса, DFT и квантовая ёмкость.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Научная школа квантовой электрохимии начала формироваться в 1960-х годах под руководством Реваза Догонадзе. В целом, эта область охватывает понятия, возникающие на стыке электродинамики, квантовой механики и электрохимии, и поэтому изучается широким кругом специалистов. К ним относятся исследователи в области химической, электротехнической и машиностроительной инженерии, химии и физики. Более конкретно, квантовая электрохимия – это применение методов квантовой механики, таких как теория функционала плотности, для изучения электрохимических процессов, включая перенос электронов на электродах. Она также включает теорию Маркуса и квантовую теорию скорости, последняя из которых представляет собой метод описания электрохимии, основанный на принципах квантовой механики и понятиях квантованной проводимости и квантовой ёмкости.
The scientific school of Quantum electrochemistry began to form in the 1960s under Revaz Dogonadze. Generally speaking, the field comprises the notions arising in electrodynamics, quantum mechanics, and electrochemistry; and so is studied by a very large array of different professional researchers. The fields they reside in include, chemical, electrical and mechanical engineering, chemistry and physics. More specifically, quantum electrochemistry is the application of quantum mechanical tools such as density functional theory to the study of electrochemical processes, including electron transfer at electrodes. It also includes Marcus theory and quantum rate theory, the latter being a method of describing electrochemistry using first principle quantum mechanics and concepts of conductance quantum and quantum capacitance.
История и авторы
Первое развитие "квантовой электрохимии" довольно трудно установить. Это не очень удивительно, поскольку развитие квантовой механики в химии можно суммировать как применение моделей квантовой волновой теории к атомам и молекулам. В связи с этим, электрохимия, которая особенно связана с электронными состояниями конкретной системы, уже по своей природе опирается на квантово-механическую модель электрона в квантовой химии. Были сторонники квантовой электрохимии, которые применяли квантовую механику к электрохимии с необычным энтузиазмом, ясностью и точностью. Среди них были Реваз Догонадзе и его коллеги. Они разработали одну из первых квантово-механических моделей реакций переноса протонов в химических системах. Догонадзе является особенно известным популяризатором квантовой электрохимии и также известен созданием международной летней школы квантовой электрохимии, базировавшейся в Югославии. Он был главным автором "Квантово-механической теории кинетики элементарного акта химических, электрохимических и биохимических процессов в полярных жидкостях". Другим важным вкладчиком является Рудольф А. Маркус, получивший Нобелевскую премию по химии в 1992 году за свою теорию реакций переноса электронов в химических системах. В последнее время было показано, что теория Маркуса является частью более общей концепции, связанной с квантовой теорией скорости, теории, которая предсказывает скорость переноса электронов (электрохимия является частным случаем) на основе использования концепций квантовой проводимости и квантовой ёмкости.
The first development of "quantum electrochemistry" is somewhat difficult to pin down. This is not very surprising, since the development of quantum mechanics to chemistry can be summarized as the application of quantum wave theory models to atoms and molecules. This being the case, electrochemistry, which is particularly concerned with the electronic states of some particular system, is already, by its nature, tied into the quantum mechanical model of the electron in quantum chemistry. There were proponents of quantum electrochemistry, who applied quantum mechanics to electrochemistry with unusual zeal, clarity, and precision. Among them were Revaz Dogonadze and his co workers. They developed one of the early quantum mechanical models for proton transfer reactions in chemical systems. Dogonadze is a particularly celebrated promoter of quantum electrochemistry and is also credited with forming an international summer school of quantum electrochemistry centered in Yugoslavia. He was the main author of the Quantum Mechanical Theory of Kinetics of the Elementary Act of Chemical, Electrochemical and Biochemical Processes in Polar Liquids. Another important contributor is Rudolph A. Marcus, who won the Nobel Prize in Chemistry in 1992 for his Theory of Electron Transfer Reactions in Chemical Systems. Recently, Marcus theory has been shown to be part of a more general concept associated with the quantum rate theory, a theory that predicts the rate of electron transfer (electrochemistry being a particular case) based on the uses of conductance quantum and quantum capacitance concepts.