技術(shù)文章
Technical articles一、旋轉(zhuǎn)圓盤環(huán)盤電極原理簡(jiǎn)介
旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置是一種可以旋轉(zhuǎn)的工作電極,屬于電化學(xué)附件范疇,專用于電化學(xué)工作站,應(yīng)用于電化學(xué)研究,比如電化學(xué)催化研究、電化學(xué)腐蝕研究等。
旋轉(zhuǎn)的工作電極,可以與電解溶液形成強(qiáng)制對(duì)流,并進(jìn)行電化學(xué)研究,被稱作電化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法。與靜止的工作電極相比,旋轉(zhuǎn)的工作電極可以研究一些靜止工作電極無(wú)法做到的內(nèi)容。待研究的樣品在工作電極頭(玻碳盤電極頭)表面發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生電信號(hào)。例如,研究人員要研究燃料電池催化劑Pt的氧氣還原性能,就必須利用旋轉(zhuǎn)工作電極。旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置即是一種旋轉(zhuǎn)的工作電極。它的作用是提供精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速,讓工作電極頭與電解溶液形成強(qiáng)制對(duì)流,然后利用電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究。
二、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備
設(shè)備檢查:確保電化學(xué)工作站線與旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置連接正確,檢查電極頭之間的連接是否牢固,避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中脫落或晃動(dòng)。
溶液準(zhǔn)備:0.5mol/L的H2SO4 硫酸200ml 或 0.1mol/L的 KOH 200ml
三、操作技巧
ORR操作實(shí)驗(yàn):
酸性體系:0.1M高氯酸,25攝氏度,商業(yè)Pt/C作為催化劑,5 mg 20% Pt/C(JM公司)溶
于300uL水,700uL異丙醇,100uL 5%Nafion超聲一小時(shí),滴10uL在5mm盤電極上,在
N2下CV50圈(0-1.23 V VS.RHE),然后LSV(1-0.2 V VS.RHE,在飽和氧氣條件
下),分別在2500、2025、1600、1225、900、625、400轉(zhuǎn)。
堿性體系:0.1M氫氧化鉀,25攝氏度,商業(yè)Pt/C作為催化劑,5 mg 20% Pt/C(JM公司)
溶于300uL水,700uL異丙醇,100uL 5%Nafion超聲一小時(shí),滴10uL在5mm盤電極上,
在N2下CV50圈(0.2-0.9 V VS.SCE),然后LSV(0-0.9 V VS.SCE,在飽和氧氣條件
下),分別在2500、2025、1600、1225、900、625、400轉(zhuǎn)。
以下實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)PINE公司的旋轉(zhuǎn)圓盤電極,雙恒電位儀完成
(1)反應(yīng)溫度25攝氏度,通過(guò)電解池外層夾套水浴控制;
(2)Pt/C催化劑的擔(dān)載量約為0.05mg/cm2;
(3)電極打磨一般先用5um拋光粉拋光,再用0.5um和0.05um拋光粉拋光至平滑;
(4)超聲時(shí)間不能太長(zhǎng),1h即可,否則會(huì)對(duì)電極有損傷;
(5)一般滴10uL催化劑溶液到電極表面,再用表面皿或培養(yǎng)皿或燒杯將其蓋上,自然晾干即可。不推薦烘箱高溫烘干,這種方式制備的催化劑容易裂開。若采用紅外加熱
的方式,則功率應(yīng)盡量調(diào)??;
(6)LSV掃描前的CV掃描起活化電極作用,此時(shí)工作電極不旋轉(zhuǎn);
(7)LSV掃描時(shí),推薦先從低速預(yù)掃至高速,再?gòu)母咚賿咧恋退伲ú捎么藬?shù)據(jù));
(8)LSV掃描前,先往電解液中通入O2,掃描LSV時(shí),繼續(xù)往電解液液面上通入O2,保證電解液中O2飽和;
(9)電解池的密封可以確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電解液中O2飽和。若密封不好,會(huì)造成O2逸出,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不成規(guī)律(如轉(zhuǎn)速與電流不成正相關(guān)性)。
四、注意事項(xiàng)
電極打磨:選擇合適的拋光材料和拋光布,確保電極表面平整光滑。
催化劑制備:在制備催化劑溶液時(shí),應(yīng)確保溶液的濃度和均勻性。滴加催化劑溶液后,應(yīng)讓其自然晾干避免高溫烘干導(dǎo)致催化劑裂開。