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负载型催化剂,用恒电位仪/结合电化学测量

Overview

资料来源: 实验室的博士尤里 · 罗曼 — — 麻省理工学院

恒电位仪/结合 (通常称作简单恒电位仪) 是一种手段,目前应用的潜力 (恒电位操作) 的措施或措施潜在应用目前 (恒电流操作) (图 1)。它是最常用的仪器,在燃料电池、 电解槽、 电池和超级电容器阳极和阴极材料的电化学性能。

传统上,这些阳极和阴极材料被接口与恒电位仪通过三电极电化学电池。从恒电位仪的电极引线连接到参比电极、 电极 (通常称为辅助电极) 和工作电极 (其中包含感兴趣的测试材料)。电化学电池那么充满高离子强度的电解质溶液中,如酸性、 碱性、 或盐的溶液。媒体为此高离子强度溶液是通常水溶液;然而,应用程序需要更高的经营细胞潜在的窗口,如电池和超级电容器,经常使用非水介质。单元格媒体被脱气用惰性气体 (以防止有害的副作用) 或用测试气体 (如果测试反应涉及到在其中一个电极的气体)。

或者,盐桥或膜用来维持离子接触,如果这两个半细胞是将被测量在不同电解液中。在多相催化,这种类型的"两舱"的单元格常用如果在工作电极测试分子也是在对电极无功。这经常发生,通常采用对电极是白金,是许多反应的高活性催化剂。在这里,将使用单个隔层细胞,在同一介质中所有三个电极在哪里。

这个视频会解释抛光工作电极、 制备催化剂油墨,安装上的工作电极催化剂油墨、 制备电化学电池,然后进行电化学测量的过程。执行的测量包括: 循环伏安法 (CV)、 线性扫描伏安法 (LSV)、 计时电位法 (CP) 和计时 (CA)。

Figure 1
图 1。单室电化学电池示例。a.) 铁氟龙帽、 b)玻璃的单元格 c)。铂丝电极,d。)工作电极、 e)Ag/AgCl 参比电极、 f.)0.5 M 水硫酸电解质溶液。

Principles

恒电位仪可以用于对工作电极应用常数阳极或阴极电位和度量产生的阳极和阴极电流 (计时) 或恒电位仪可以通过反馈控制回路操作的恒和适用恒定的阳极和阴极电流测量电势随时间变化来维持这适用于当前 (计时)。或者,可能随着时间的推移,用循环伏安法或线性扫描伏安法测量与应用的潜在的扫描速率 (潜力对时间的导数) 的阳极和阴极电位探讨潜在空间。

在所有这些技术,即使在恒电流操作期间恒电位仪控制的应用的潜力和措施从 (向) 向 (从) 对电极的工作电极的电子流的当工作电极作为阳极 (阴极)。所施加的电位与已知的和稳定的潜力,就接口与电解质溶液通过多孔的熔块引用对参比电极,其中包含 (如氯化银电极或饱和甘汞电极) 的氧化还原系统。正常运行期间,恒电位仪绘制可以忽略不计,但非零电流通过参比电极,以便准确的潜力可以应用于工作电极。恒电位仪措施到或从一个半反应到下电子的流动,而电解质溶液通过防止在阳极或阴极电荷累积完成电路。

Procedure

1.催化剂油墨和工作电极的制备

安全防范措施:支持在炭黑上的金属必须处理油烟罩或平衡盘柜中,直到它是悬架形式这些粉末吸入危害。

  1. 使用封闭的平衡,权衡出 5-10 毫克的金属,碳黑催化剂并添加到与盖的玻璃瓶。
  2. 利用微管吸吮,稀释的催化剂,以水,这样最终浓度是 7.5 毫克每毫升水的催化剂。
  3. 而 sonicating,100 μ L 的 Nafion 117 解决方案每毫升的水被添加到暂停。
  4. 墨水应该至少 10 分钟以确保均匀分散并完成与粘结剂混合炭黑支持造影。
  5. 虽然 sonicating 墨水,3 毫米玻碳电极应是清洗和抛光的摩擦它在旋转的圆周运动在软铝垫上布满 0.05 µ m 氧化铝溶液。它应该然后冲洗丰富用水来删除氧化铝。
  6. 接下来,7 µ L 的墨水滴落到抛光,垂直面向 3 毫米玻碳电极。在 80 ˚ 为 1 h 然后晒干工作电极,如果催化剂是空气稳定或蒸发下弱抽真空 30 分钟,如果是空气敏感的催化剂。

2.电化学电池制备

安全防范措施:手套,好像都很聪明和安全眼镜总是必须穿但是用于处理硫酸溶液尤其是至关重要的。应任何滴溶液溢出在手腕上,它必须洗用肥皂和水的 15 分钟。主要的外溢,去除污染的衣服和使用眼药水或淋浴应该用于 15 分钟,然后进行医疗咨询。引线不能碰一次放置到电化学电池。

  1. 玻璃细胞充满 10 毫升的 0.5 M H24和脱气至少 30 分钟具有超高纯氮流
  2. 铁氟龙帽子的电化学电池有 3 个端口为工作电极,电极,参比电极
  3. 银/氯化银参比电极是删除从其 1 M 氯化钾溶液,用 DI 水彻底冲洗,然后放入该单元格。
  4. 镀铂铂丝电极是用 DI 水彻底冲洗,然后放入该单元格。
  5. 干的工作电极是用 DI 水漂洗干净,然后放入该单元格。
  6. 恒电位仪被打开的。
  7. 白色的电极铅是第一次连接,并连接到参比电极。
  8. 红色的电极铅然后连接到铂丝电极。
  9. 绿色的电极铅然后连接到金属,碳黑工作电极。
  10. 一个小的 N2清除流是离开不断冒泡在电解液中。
  11. 确保没有线索触摸,所以是其他比 0.5 M H23 电极之间没有直接的电气接触4电解质。

3.电化学分析

  1. 打开后恒电位仪,执行至少 20 调理周期 0 至 0.4 V 与 RHE 50 mV/s 使用的简历。这由选择简历作为一种技术和进入的上部和下部的潜力以及扫描速率限制。
  2. 线性扫描伏安法 (LSV) 然后可以通过选择作为一种技术 LSV 并指定起始的潜力、 最后的潜力和扫描速度执行。扫描速率为 LSV 是通常大大低于 CV,通常 1-2 mV/s,电容电流成为远远低于从法拉第的表面反应所产生的电流
  3. 计时 (CA) 由选择 CA 或者"安培 i-t 曲线"作为一种技术和指定固定的潜力,以及时间的长短仪器应持有工作电极作为这种固定的潜力。
  4. 计时电位法 (CP) 被通过选择 CP 作为一种技术。CP 可以从事一系列的当前步骤为一定长度的时间后, 跟一个新的电流为指定的时间长度指定一个当前的位置。这些应用的电流可以跨内相同的 CP 测量阳极和阴极电流。
  5. 电化学分析完成后,关闭恒电位仪。
  6. 断开连接电极引线并将它们存储在干燥的地方,远离任何液体,防止腐蚀。
  7. 删除参比电极,用大量的水冲洗。然后参考电极直接返回到其 1 M KCl 存储解决方案。永远不应该允许这种电极尖端变得干燥。
  8. 删除铂丝电极和离子水彻底冲洗干净
  9. 删除工作电极和用 DI 水彻底冲洗,然后使用 Kimwipe 与丙酮轻松删除从工作电极表面的干的催化剂油墨。它建议使用后立即抛光电极。
  10. 关闭 N2清除。
  11. 倒入酸性废物容器使用的电解液。冲洗的玻璃细胞和铁氟龙帽用大量的水。

Results

此过程将导致数字为每四个技术包含测得的电流与电位的情节。CV 和 LSV 公约 》,情节将也被输出作为测得的电流与潜力尽管现实,这些都是测量电流的暂态技术与时间的导数和潜力。

Application and Summary

LSV、 CV、 CA、 CP,是不可缺少的技术,确定新的电极材料的燃料电池、 电解槽、 电池和超级电容器以及发展的选择性部分氧化或减少商品化学品等领域方面的疗效。这些方法允许确定 overpotentials 的反应不同的电极材料相比,其热力学平衡电位。这些方法还允许超级电容器待定的体积或重量的电容。同样,充放电的电池电极或超级电容率可以确定与这些技术。这些技术还允许为表征的材料的电化学稳定性待定。除了这些基本的技术,更先进的技术与原位红外光谱和质谱等方法包括电位技术的结合。

Tags

Electrochemical MeasurementsSupported CatalystsPotentiostatGalvanostatElectrochemical CharacterizationElectrical ChangesRedox ReactionsOxidation reductionElectrode SurfaceTransfer Of ElectronsApplied PotentialThree electrode CellWorking ElectrodeCounter ElectrodeReference Electrode

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Overview

1:09

Principles of Voltammetry

4:36

Working Electrode Preparation

5:51

Electrochemical Cell Preparation

6:53

Electrochemical Analysis

8:38

Applications

10:17

Summary

此集合中的视频:

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