{"id":1706,"date":"2019-05-22T02:47:38","date_gmt":"2019-05-22T02:47:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-electrochemical-characterization-of-catalytic-materials\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:07","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:07","slug":"electrochemical-characterization-of-catalytic-materials","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/elektrochemiczna-charakterystyka-materialow-katalitycznych\/","title":{"rendered":"Charakterystyka elektrochemiczna materia\u0142\u00f3w katalitycznych"},"content":{"rendered":"
\n
\n
Technologia reakcji elektrokatalitycznej jest jedn\u0105 z kluczowych metod nap\u0119dzaj\u0105cych te \u015bcie\u017cki konwersji energii i oczyszczania \u015brodowiska.<\/div>\n
W ostatnich latach, wraz z rozwojem spo\u0142ecze\u0144stwa i post\u0119pem ludzko\u015bci, coraz powa\u017cniejsze problemy energetyczne i \u015brodowiskowe sta\u0142y si\u0119 problemem og\u00f3lno\u015bwiatowym, kt\u00f3ry nale\u017cy pilnie rozwi\u0105za\u0107. Ludzie s\u0105 zaanga\u017cowani w efektywne wykorzystanie nowych \u017ar\u00f3de\u0142 energii i d\u0142ugofalowych metod oczyszczania \u015brodowiska. Obecne skuteczne metody badawcze promuj\u0105ce konwersj\u0119 energii i oczyszczanie \u015brodowiska obejmuj\u0105 wiele kierunk\u00f3w, takich jak rozw\u00f3j ogniw paliwowych, produkcja wodoru, zasoby CO2, organiczna katalityczna konwersja spalin. Metody bada\u0144 elektrochemicznych jako przewodnik teoretyczny dostarczaj\u0105 racjonalnych \u015brodk\u00f3w interpretacji dla rozwoju wydajno\u015bci elektrokatalizatora. W niniejszym artykule podsumowano metody bada\u0144 elektrochemicznych powszechnie stosowane w kilku reakcjach elektrochemicznych.<\/div>\n
Rysunek 1 Proces elektrokatalityczny zr\u00f3wnowa\u017conej konwersji energii<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

1.cykliczna woltamperometria<\/h2>\n
Woltametria cykliczna (CV) jest najcz\u0119\u015bciej stosowan\u0105 metod\u0105 badawcz\u0105 do oceny nieznanych uk\u0142ad\u00f3w elektrochemicznych. Uzyskuje si\u0119 go g\u0142\u00f3wnie przez kontrolowanie potencja\u0142u elektrody z r\u00f3\u017cnymi szybko\u015bciami i skanowanie raz lub wi\u0119cej razy za pomoc\u0105 tr\u00f3jk\u0105tnego kszta\u0142tu fali w czasie. Krzywa pr\u0105d-potencja\u0142 (iE). Na elektrodach w r\u00f3\u017cnych zakresach potencja\u0142\u00f3w mog\u0105 zachodzi\u0107 naprzemiennie r\u00f3\u017cne reakcje redukcji i utleniania. Odwracalno\u015b\u0107 reakcji elektrodowej mo\u017cna oceni\u0107 na podstawie kszta\u0142tu krzywej; piki adsorpcji i desorpcji reagent\u00f3w mo\u017cna wykorzysta\u0107 do oceny elektrokatalizatora zgodnie z okre\u015blonym zakresem potencja\u0142u. Obszar katalitycznie aktywny mo\u017cna r\u00f3wnie\u017c wykorzysta\u0107 do uzyskania przydatnych informacji na temat z\u0142o\u017conych reakcji elektrodowych.<\/div>\n
Rysunek 1.1 Skanowanie aktualnej krzywej potencjalnej odpowiedzi<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Jak pokazano na rys. 1.1, potencja\u0142 pierwszej po\u0142owy jest skanowany w kierunku katody, a substancja elektroaktywna jest redukowana na elektrodzie, aby wygenerowa\u0107 fal\u0119 redukcyjn\u0105. Gdy potencja\u0142 drugiej po\u0142owy jest skanowany w kierunku anody, produkt redukcji jest ponownie utleniany na elektrodzie w celu wytworzenia fali utleniania. Dwa u\u017cyteczne parametry krzywej woltamperometrii cyklicznej iE to stosunek pr\u0105du szczytowego ipa\/ipc oraz r\u00f3\u017cnica potencja\u0142\u00f3w szczytowych Epa-Epc. Dla fali Nernsta stabilnego produktu stosunek pr\u0105du szczytowego ipa\/ipc = 1, niezale\u017cnie od szybko\u015bci skanowania, wsp\u00f3\u0142czynnika dyfuzji i potencja\u0142u komutacji. Kiedy skanowanie katody jest zatrzymane, pr\u0105d jest degradowany do 0, a nast\u0119pnie odwr\u00f3cony skand. Otrzymana krzywa iE jest dok\u0142adnie taka sama jak krzywa katody, ale jest rysowana w kierunku przeciwnym do wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnej I i wsp\u00f3\u0142rz\u0119dnej E. Stosunek ipa\/ipc odbiega od 1, co wskazuje, \u017ce proces elektrodowy nie jest w pe\u0142ni odwracalnym procesem reakcji o jednorodnej kinetyce lub innych komplikacjach. Wysoko\u015b\u0107 piku reakcji i powierzchnia piku mog\u0105 by\u0107 wykorzystane do oszacowania parametr\u00f3w systemu, takich jak st\u0119\u017cenie indywidu\u00f3w elektroaktywnych lub sta\u0142a pr\u0119dko\u015bci sprz\u0119\u017conej jednorodnej reakcji. Krzywa CV nie jest jednak idealn\u0105 metod\u0105 ilo\u015bciow\u0105, a jej pot\u0119\u017cne zastosowanie polega bardziej na jako\u015bciowej p\u00f3\u0142ilo\u015bciowej zdolno\u015bci oceny.<\/div>\n

2. woltamperometria impulsowa<\/h2>\n
Woltamperometria impulsowa jest metod\u0105 pomiaru elektrochemicznego opart\u0105 na zachowaniu elektrod polarograficznych. S\u0142u\u017cy do badania procesu redoks w r\u00f3\u017cnych o\u015brodkach, adsorpcji materia\u0142\u00f3w powierzchniowych na materia\u0142ach katalitycznych oraz mechanizmu przenoszenia elektron\u00f3w na powierzchni elektrod modyfikowanych chemicznie. Wykrywanie jest szczeg\u00f3lnie skuteczne. Woltamperometria impulsowa obejmuje woltamperometri\u0119 krokow\u0105, konwencjonaln\u0105 woltamperometri\u0119 impulsow\u0105, r\u00f3\u017cnicow\u0105 woltamperometri\u0119 impulsow\u0105 i woltamperometri\u0119 fali prostok\u0105tnej w zale\u017cno\u015bci od sposobu skanowania napi\u0119cia. W\u015br\u00f3d nich woltamperometria krokowa jest podobna do metody przemiatania potencja\u0142u, a odpowied\u017a wi\u0119kszo\u015bci system\u00f3w na krok woltamperomierz o wy\u017cszej rozdzielczo\u015bci (\u0394E < 5 mV) jest bardzo podobna do wynik\u00f3w eksperymentu skanowania liniowego przy tej samej szybko\u015bci skanowania.<\/div>\n

3. elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna<\/h2>\n
Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna polega na doprowadzeniu do uk\u0142adu elektrochemicznego zaburzonego sygna\u0142u elektrycznego. W przeciwie\u0144stwie do metody skanowania liniowego, uk\u0142ad elektrochemiczny znajduje si\u0119 daleko od stanu r\u00f3wnowagi, a nast\u0119pnie obserwuje si\u0119 odpowied\u017a uk\u0142adu, a w\u0142a\u015bciwo\u015bci elektrochemiczne uk\u0142adu s\u0105 analizowane za pomoc\u0105 odpowiedzi sygna\u0142u elektrycznego. Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna jest cz\u0119sto wykorzystywana do analizy, oceny reakcji ORR w ogniwach paliwowych PEM, charakteryzowania strat dyfuzyjnych na powierzchni materia\u0142u katalizatora, szacowania rezystancji omowej oraz charakterystyki impedancji przeniesienia \u0142adunku i pojemno\u015bci dwuwarstwowej w celu oceny i optymalizacji zesp\u00f3\u0142 elektrod membranowych.<\/div>\n
Widmo impedancji jest zwykle rysowane w postaci diagramu Bode'a i diagramu Nyquista. Na wykresie Bode'a wielko\u015b\u0107 i faza impedancji s\u0105 wykre\u015blane jako funkcja cz\u0119stotliwo\u015bci; na diagramie Nyquista urojona cz\u0119\u015b\u0107 impedancji jest wykre\u015blona w ka\u017cdym punkcie cz\u0119stotliwo\u015bci w stosunku do rzeczywistej cz\u0119\u015bci. \u0141uk wysokiej cz\u0119stotliwo\u015bci odzwierciedla kombinacj\u0119 pojemno\u015bci dwuwarstwowej warstwy katalizatora, efektywnej impedancji przeniesienia \u0142adunku i rezystancji omowej, kt\u00f3ra odzwierciedla impedancj\u0119 wytworzon\u0105 przez przenoszenie masy. W przypadku danego systemu te dwa regiony czasami nie s\u0105 dobrze zdefiniowane.<\/div>\n
Rysunek 3.1 Widmo impedancji uk\u0142adu elektrochemicznego<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

Rysunek 3.1 przedstawia skrajne charakterystyki kontroli kinetycznej i kontroli transferu masy. Jednak w przypadku dowolnego systemu te dwa regiony prawdopodobnie nie s\u0105 dobrze zdefiniowane. Czynnikiem decyduj\u0105cym jest zale\u017cno\u015b\u0107 mi\u0119dzy rezystancj\u0105 przenoszenia \u0142adunku a impedancj\u0105 transmisji. Je\u015bli uk\u0142ad chemiczny ma powoln\u0105 kinetyk\u0119, poka\u017ce du\u017c\u0105 Rct, kt\u00f3ra wydaje si\u0119 mie\u0107 bardzo ograniczony obszar cz\u0119stotliwo\u015bci. Gdy system jest dynamiczny, transfer materia\u0142u zawsze odgrywa wiod\u0105c\u0105 rol\u0119, a p\u00f3\u0142koliste obszary s\u0105 trudne do zdefiniowania.<\/div>\n

4. chronoamperometria<\/h2>\n
Metoda chronoamperometrii jest metod\u0105 kontroli przej\u015bciowej, kt\u00f3r\u0105 mo\u017cna wykorzysta\u0107 do oceny adsorpcji i dyfuzji powierzchni katalizatora. Krzyw\u0105 chronoamperometryczn\u0105 uzyskuje si\u0119 przez zastosowanie potencjalnego kroku do uk\u0142adu elektrochemicznego w celu pomiaru zmiany sygna\u0142u odpowiedzi pr\u0105du w czasie. Gdy podano krok potencja\u0142u, podstawowy przebieg pokazano na rysunku 4.1(a), a powierzchnia elektrody sta\u0142ej jest analizowana za pomoc\u0105 materia\u0142u elektroaktywnego. Po zastosowaniu etapu potencja\u0142u, indywidua elektroaktywne w pobli\u017cu powierzchni elektrody s\u0105 najpierw redukowane do stabilnego anionorodnika, co wymaga du\u017cego pr\u0105du, poniewa\u017c proces zachodzi natychmiast w chwili etapu. Przep\u0142ywaj\u0105cy nast\u0119pnie pr\u0105d jest wykorzystywany do utrzymania warunk\u00f3w, w kt\u00f3rych materia\u0142 powierzchniowo czynny elektrody jest ca\u0142kowicie zredukowany. Pocz\u0105tkowa redukcja powoduje gradient st\u0119\u017cenia (tj. st\u0119\u017cenie) pomi\u0119dzy powierzchni\u0105 elektrody a roztworem w masie, a zatem materia\u0142 aktywny zaczyna w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y dyfundowa\u0107 w kierunku powierzchni i dyfundowa\u0107 do elektrody. Aktywny materia\u0142 na powierzchni jest natychmiast ca\u0142kowicie redukowany. Przep\u0142yw dyfuzyjny, czyli pr\u0105d, jest proporcjonalny do gradientu st\u0119\u017cenia na powierzchni elektrody. Nale\u017cy jednak zauwa\u017cy\u0107, \u017ce w miar\u0119 post\u0119pu reakcji materia\u0142 aktywny w roztworze podstawowym dyfunduje w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y w kierunku powierzchni elektrody, powoduj\u0105c stopniowe rozszerzanie si\u0119 obszaru gradientu st\u0119\u017cenia w kierunku roztworu podstawowego, a gradient st\u0119\u017cenia powierzchniowego elektrody sta\u0142ej stopniowo maleje (wyczerpuje si\u0119), a pr\u0105d stopniowo si\u0119 zmienia. ma\u0142y. Rozk\u0142ad st\u0119\u017cenia i pr\u0105d w funkcji czasu przedstawiono na Rysunku 4.1(b) i Rysunku 4.1(c).<\/div>\n
Rysunek 4.1 (a) Krokowy przebieg eksperymentalny, reagent O nie reaguje przy potencjale E1, jest redukowany przy E2 przy pr\u0119dko\u015bci granicznej dyfuzji; b) rozk\u0142ad st\u0119\u017cenia w r\u00f3\u017cnym czasie; (c) krzywa pr\u0105d w funkcji czasu<\/div>\n

\"\"<\/p>\n

5. obrotowa technologia elektrod dyskowych<\/h2>\n
Technologia obracaj\u0105cej si\u0119 elektrody dyskowej (RDE) jest bardzo przydatna w badaniu sprz\u0119\u017conej jednorodnej reakcji powierzchni katalizatora, dzi\u0119ki czemu reakcja elektrochemiczna na powierzchni katalizatora przebiega w stosunkowo stabilnych warunkach. RDE mo\u017ce kontrolowa\u0107 substancje o wolniejszej dyfuzji, takie jak gaz \u0142atwo dyfunduj\u0105cy do roztworu, zmniejszaj\u0105c wp\u0142yw warstwy dyfuzyjnej na rozk\u0142ad g\u0119sto\u015bci pr\u0105du. W ten spos\u00f3b uzyskuje si\u0119 stabiln\u0105 g\u0119sto\u015b\u0107 pr\u0105du, kt\u00f3ra jest w przybli\u017ceniu w stanie ustalonym, co jest korzystne dla procesu analizy elektrochemicznej; RDE mo\u017ce kontrolowa\u0107 pr\u0119dko\u015b\u0107, z jak\u0105 elektrolit dociera do powierzchni elektrody poprzez regulacj\u0119 pr\u0119dko\u015bci obrotowej i mierzy\u0107 parametry procesu reakcji elektrokatalitycznej przy r\u00f3\u017cnych pr\u0119dko\u015bciach obrotowych. analiza.<\/div>\n
Poniewa\u017c ludzie staj\u0105 si\u0119 coraz bardziej zainteresowani opracowywaniem zaawansowanych elektrokatalizator\u00f3w do konwersji czystej energii, opr\u00f3cz podkre\u015blenia zastosowania niekt\u00f3rych podstawowych metod do charakteryzowania reakcji elektrokatalitycznych, konieczne jest dalsze badanie elementarnych etap\u00f3w ka\u017cdej reakcji w celu okre\u015blenia zaanga\u017cowanej kombinacji kluczowych p\u00f3\u0142produkty, powierzchnia p\u00f3\u0142produktu i energia ka\u017cdego elementarnego etapu reakcji. Badanie metod elektrochemicznych nadal wymaga wielu szczeg\u00f3\u0142\u00f3w na temat granicy faz elektroda-elektrolit, kt\u00f3re nie by\u0142y dotychczas znane, takich jak kinetyka i bariery reakcji zaanga\u017cowane w kluczowe, elementarne etapy transferu proton\/elektron; w pobli\u017cu rozpuszczalnik\u00f3w, kation\u00f3w i interfejs\u00f3w reakcji. Opis anionu na poziomie atomowym, molekularnym; a szybsze i bardziej wydajne metody akwizycji sygna\u0142u w czasie rzeczywistym w ca\u0142ym procesie reakcji elektrochemicznej s\u0105 nadal w czo\u0142\u00f3wce reakcji elektrokatalitycznych. Podsumowuj\u0105c, dog\u0142\u0119bne badanie metod charakteryzacji elektrochemicznej zapewnia przewodni\u0105 strategi\u0119 rozwoju nowych wysokowydajnych uk\u0142ad\u00f3w katalitycznych.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Electrocatalytic reaction technology is one of the key methods driving these energy conversion and environmental purification pathways. In recent years, with the development of society and the progress of mankind, increasingly serious energy and environmental problems have become a worldwide problem that needs to be solved urgently. People are committed to the effective use of…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1706"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1706"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1706\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1706"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1706"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1706"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}