由于目前氢能相关的PEM电解水制氢和PEMFC成为研究热点,在这两类应用中所涉及到的电化学催化反应,即HER, OER, HOR和ORR等反应动力学成为制约催化剂性能的关键科学问题。旋转圆盘电极(RDE )和旋转环盘电极(RRDE),与电化学工作站搭档已经成为研究电催化反应最重要的工具。
比如,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,阴极的氧气还原反应(ORR)通常都是通过贵金属Pt等催化来实现。理想状态下,O2在盘电极上催化剂的催化还原产物为H2O(即4电子反应),但在实际催化剂反应进程中,O2还原反应不可避免的会产生相应副产物或中间产物,如过氧化氢(H2O2)等。
为了检测中间产物过氧化物的量,可以通过环电极收集和探测电催化剂产生过氧化物的趋势,对O2还原反应电子数及产物进行量化分析。即RRDE与在双恒电位仪联合,同时同步进行测试,其中一台控制圆盘电极极化(LSV),另外一台在浮地模式下控制环电压为恒电位模式,在旋转状态下,盘电极上的反应产物或中间体扩散至环电极,由环电极进行收集分析检测。
具体测试步骤如下:
1、打开普林斯顿电化学VersaStudio 软件选择Advanced Action
选择RRDE 步骤,并设置转速(0.001V/RPM)
分别设置Disk为LSV, Ring 为Chronoamperometry(恒电压)
点击运行,同时同步启动盘/环实验,设置Y2显示环电流
可设置自动序列实验,获得不同转速的响应曲线
接下来就是带入公式计算电子反应数了
除RRDE可以搭档普林斯顿PARSTAT 3000-DX之外,普林斯顿电化学也可以提供更多不同型号与旋转圆盘电极(RDE 616A)和旋转环盘电极(RRDE, 636A)搭配使用,比如VersaSTAT 3/3F/4, PARSTAT 4000A/PMC等,可解决以下更多电化学反应动力学难题。
电解/电镀/沉积、电合成、阳极氧化等反应机理研究;
电催化氧还原研究(ORR)、氧析出研究(OER)、氢析出(HER)和二氧化碳
还原等(CO2RR)等
金属材料电化学腐蚀行为研究,如流体腐蚀评价等;
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